Esse acelerador de partículas de bolso leva elétrons a 99,99% a velocidade da luz
Pesquisadores criaram um acelerador de partículas minúsculo projeta feixes de elétrons ultracurtos usando laser a mais de 99,99% da velocidade da luz.
Para realizar este feito os cientistas tiveram a idéia de diminuir a velocidade da luz para que chegasse próxima da velocidade dos elétrons utilizando camadas finíssimas quartzo (mais finas que um fio de cabelo humano) que revestem uma peça de metal.
O equipamento permite criar imagens da movimentação de átomos já que pode manipular e fazer a medição de conjuntos de partículas em uma escala de tempo absurdamente baixa: 10 femtossegundos.
Um femtossegundo é o tempo que a luz leva para viajar um décimo de um milímetro, ou seja, equivale a 0,00000000000001 segundo.
Este experimento de sucesso pode levar a criação de aceleradores de partículas de alta energia, carga e qualidade em níveis de Terahertz (THz), mais baratos e de tamanho reduzido. Diminuir as dimensões e o preço dos aceleradores levará estes equipamentos a serem empregados de muitas novas maneiras, de acordo com o portal Phys.
Para que serve um acelerador de partículas
Aceleradores de partículas são usados na pesquisa científica básica da física de partículas, equipamentos médicos de radioterapia, caracterização de materiais, geração de isótopos radioativos para aplicações médicas e triagem de cargas.
Um estudo recente publicado na Nature Photonics descobriu uma técnica peculiar ao usar lasers na geração de pulsos de luz na frequência de terahertz. No espectro eletromagnético a faixa dos terahertz (raios T) fica entre infravermelho (usado em câmeras de vídeo norturnas e controles remotos de TV) e microondas (usado em radares e fornos microondas).
O grande desafio
“O principal desafio foi combinar a velocidade do campo THz em aceleração com a velocidade do feixe de elétrons [que está] quase na velocidade da luz, enquanto também evitava a velocidade inerentemente mais baixa do Envelope de pulso THz se propagando através de nossa estrutura de aceleração degradando significativamente o comprimento sobre o qual o campo de direção e os elétrons interagem” afirmou o Dr. Morgan Hibberd, da Universidade de Manchester e principal autor do estudo.
“Superamos esse problema desenvolvendo uma fonte THz exclusiva que produzia pulsos mais longos contendo apenas uma faixa estreita de frequências, aumentando significativamente a interação. Nosso próximo marco é demonstrar ganhos de energia ainda maiores, mantendo a qualidade do feixe. Prevemos que isso será realizado através de refinamentos para aumentar nossa fonte de energia THz, que já estão em andamento.”
“A aceleração controlada de feixes relativísticos com pulsos de laser de frequência terahertz é um marco no desenvolvimento de uma nova abordagem para aceleradores de partículas. No uso de frequências eletromagnéticas cem vezes mais altas do que nos aceleradores de partículas convencionais, um avanço revolucionário no controle dos feixes de partículas em escalas de tempo de femtossegundos se torna possível”, disse o professor Steven Jamison, da Universidade de Lancaster, líder do programa.
“Com a nossa demonstração da aceleração de terahertz de partículas viajando a 99,99% da velocidade da luz, confirmamos uma rota para escalar a aceleração de terahertz para energias altamente relativísticas.”
Para o futuro os cientistas pretendem criar equipamentos de poucos metros que substituam grandes aceleradores de partículas como o European XFEL X-ray Free-Electron Laser Source de 3km, em Hamburgo. Mas os impactos imediatos, os pesquisadores pensam, ocorrerá na caracterização de materiais e na radioterapia.
Mais detalhes:
- Morgan T. Hibberd et al. Aceleração de feixes relativísticos usando pulsos de terahertz gerados por laser, Nature Photonics (2020).
- Scientists create compact particle accelerators that drive electron beams nearer speed of light. Phys.
