O mini acelerador de antimatéria pode rivalizar com os grandes, como o LHC

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Por Hayley Dunning
Publicado na Phys

Pesquisadores encontraram maneiras de acelerar antimatérias em um espaço menor que os aceleradores atuais, aumentando nossa ciência sobre partículas exóticas.

O novo método pode ser usado para investigar mistérios físicos ainda não revelados, como a propriedade do Bóson de Higgs, a natureza da matéria escura, da energia escura e  providenciar testes mais sensíveis à aeronaves e chips de computadores.

O método foi modelado usando propriedades de lasers já existentes, com experimentos a serem executados em breve. Se comprovado, a tecnologia poderá permitir que muitos laboratórios ao redor do mundo realizem experimentos de aceleração de antimatéria.

Aceleradores de partículas em instalações como o Large Hadron Collider (LHC) no CERN e o Linac Coherent Light Source (LCLS) na Universidade de Stanford, nos Estados Unidos, aceleram partículas elementares como prótons e elétrons.

Essas partículas aceleradas podem ser esmagadas juntas, como no LHC, para produzir partículas mais elementares, como o bóson de Higgs, que dá massa à todas as outras partículas.

Eles também podem ser usados ​​para gerar laser de raios X, como no LCLS, que é usado para imagens de processos extremamente rápidos e pequenos, como a fotossíntese.

No entanto, para chegar a essas altas velocidades, os aceleradores precisam usar equipamentos com, pelo menos, dois quilômetros de extensão. Anteriormente, pesquisadores do Imperial College de Londres haviam inventado um sistema que poderia acelerar os elétrons usando equipamentos de apenas alguns metros de comprimento.

Agora, um pesquisador do Imperial inventou um método de acelerar a versão de antimatéria de elétrons — chamados de pósitrons — em um sistema que teria apenas alguns centímetros de comprimento.

O acelerador exigiria um tipo de sistema de laser que atualmente cobre cerca de 25 metros quadrados, mas que já está presente em muitos laboratórios de física. Aakash Sahai, do Departamento de Física da Imperial, relatou seu método hoje no Physical Review Journal for Accelerators and Beams .

Simulação de grupos de pósitrons sendo concentrados em um feixe e acelerados. Créditos: Aakash Sahai.

Ele disse: “Com este novo método de acelerador, poderíamos reduzir drasticamente o tamanho e o custo da aceleração de antimatéria. O que agora só é possível usando grandes instalações físicas a custos de dezenas de milhões de dólares, pode ser possível em laboratórios de física comuns”.

“As tecnologias usadas em instalações como o Large Hadron Collider ou o Linac Coherent Light Source não sofreram avanços significativos desde sua invenção na década de 1950. Elas são caras de serem executadas, e pode ser que em breve teremos tudo o que pudermos conseguirmos eles”.

“Uma nova geração de aceleradores compactos, energéticos e baratos de partículas evasivas nos permitiriam investigar a nova física — e permitir que muito mais laboratórios em todo o mundo participem do esforço”.

Criando ‘fábricas de Higgs’ e testando aeronaves

Enquanto o método está sendo submetido à validação experimental, o Dr. Sahai está confiante de que será possível produzir um protótipo funcional dentro de alguns anos, com base na experiência anterior do Departamento de criar feixes de elétrons usando um método similar.

O método usa lasers e plasma — um gás de partículas carregadas — para produzir, concentrar positrons e acelerá-los para criar um feixe. Este acelerador em escala centimétrica poderia usar os lasers existentes para acelerar feixes de pósitrons com dezenas de milhões de partículas para a mesma energia que alcançou mais de dois quilômetros no acelerador de Stanford.

A colisão de feixes de elétrons e pósitron poderia ter implicações na física fundamental. Por exemplo, eles poderiam criar uma taxa mais alta de bósons de Higgs do que o LHC, permitindo que os físicos estudassem melhor suas propriedades. Eles também poderiam ser usados ​​para procurar novas partículas que se pensava existir em uma teoria chamada “supersimetria”, que preencheria algumas lacunas no Modelo Padrão da física de partículas.

Os feixes de pósitron também teriam aplicações práticas. Atualmente, ao verificar falhas e riscos de fratura em materiais como corpos de aeronaves, lâminas de motor e chips de computador, raios X ou feixes de elétrons são usados. Os pósitrons interagem de maneira diferente com esses materiais do que os raios X e os elétrons, proporcionando outra dimensão ao processo de controle de qualidade.

O Dr. Sahai acrescentou: “É particularmente gratificante fazer este trabalho no Imperial, onde o nosso homônimo do laboratório — o professor Patrick Blackett — ganhou um Prêmio Nobel pela invenção de métodos para rastrear partículas exóticas como a antimatéria. O professor Abdus Salam, outro acadêmico imperial, também ganhou um Prêmio Nobel pela validação de sua teoria da força fraca, que só foi possível usando uma máquina pré-LHC de colisor de elétrons-pósitrons no CERN. É maravilhoso tentar levar adiante esse legado”.

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