Os aceleradores de partículas são extremamente úteis na pesquisa científica, mas – tal como o Grande Colisor de Hádrons (LHC) – normalmente ocupam muito espaço. Um novo sistema notável desenvolvido na Universidade do Texas, em Austin, poderia mudar isso.
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Em experimentos, os pesquisadores conseguiram usar seu acelerador de partículas para gerar um feixe de elétrons com energia de 10 bilhões de elétron-volts (10 GeV) em uma câmara medindo apenas 10 centímetros (4 polegadas).
O instrumento completo mede 20 metros (66 pés) de ponta a ponta. Em comparação, outros aceleradores de partículas que podem gerar feixes de 10 GeV têm cerca de 3 quilômetros (quase 2 milhas) de comprimento – cerca de 150 vezes mais.
A chave para reduzir significativamente o tamanho do sistema foi combinar pulsos de laser ultracurtos e de alta energia com gás hélio polvilhado com nanopartículas de alumínio.
Essas partículas aumentam a energia dos elétrons retirados das nanopartículas pelo laser, que são empurrados para as bordas do laser, onde navegam nas ondas de plasma induzidas pelo laser, como surfistas na esteira de um barco em um lago.
Embora a força destas ondas normalmente seja avassaladora – da mesma forma que os jet skis dominam as ondas deixadas pelos barcos – as nanopartículas oferecem mais estabilidade e permitem que o sistema seja reduzido.
“No nosso acelerador, o equivalente aos jet skis são nanopartículas que liberam elétrons no ponto certo e na hora certa, então todos ficam parados na onda”, diz o físico Bjorn Hegelich, da Universidade do Texas em Austin.
“Colocamos muito mais elétrons na onda quando e onde queremos que eles estejam, em vez de distribuídos estatisticamente por toda a interação, e esse é o nosso molho secreto.”
Este tipo de acelerador de partículas, que utiliza lasers para gerar ondas de plasma, é denominado acelerador de laser wakefield. A equipe diz que sua versão avançada pode ser útil no estudo de semicondutores, no teste de equipamentos para o espaço e no desenvolvimento de terapias contra o câncer.
Tudo isso é possível devido à forma como esses instrumentos aceleram os elétrons (daí o nome) a altas velocidades, gerando ondas energéticas de radiação eletromagnética, como os raios-x, que poderiam ser usadas para gerar imagens de processos em escala molecular.
Os pesquisadores estão ansiosos para desenvolver ainda mais o sistema, mas ainda há muito sobre as interações entre elétrons, lasers e plasma que não entendemos completamente. Em outras palavras, há muitas descobertas científicas interessantes pela frente.
“Atualmente, não temos um modelo satisfatório ou uma explicação experimental para a geração de energias eletrônicas tão altas”, escrevem os pesquisadores em seu artigo publicado.
“Vários cenários teóricos estão agora sob pesquisa e, se relevantes, serão objeto de publicações futuras”.
Traduzido por Mateus Lynniker de ScienceAlert
