Pequeno gigante: O acelerador de partículas do tamanho de uma moeda
Recentemente, cientistas conseguiram ativar o menor acelerador de partículas do mundo com sucesso pela primeira vez. Esse notável feito tecnológico, que tem aproximadamente o tamanho de uma pequena moeda, abre portas para diversas aplicações, incluindo a utilização desses minúsculos aceleradores de partículas em procedimentos médicos envolvendo pacientes humanos.
Esse dispositivo revolucionário é conhecido como acelerador de elétrons nanofotônico (NEA) e consiste em um microchip minúsculo que abriga um tubo de vácuo ainda menor, composto por milhares de “pilares” individuais. Os pesquisadores conseguem acelerar elétrons direcionando feixes de laser em miniatura para esses pilares.
O tubo central de aceleração mede aproximadamente 0,02 polegadas (0,5 milímetros) de comprimento, o que é surpreendente, pois é 54 milhões de vezes mais curto do que o enorme anel de 16,8 milhas (27 quilômetros) que constitui o Large Hadron Collider (LHC) no CERN, na Suíça. O LHC é reconhecido como o maior e mais poderoso acelerador de partículas do mundo, responsável pela descoberta de inúmeras partículas novas, como o bóson de Higgs, neutrinos elusivos, o méson charme e a enigmática partícula X.
Dentro desse espaço confinado do túnel minúsculo, a largura abrange apenas 225 nanômetros. Para ter uma ideia, fios de cabelo humano têm entre 80.000 e 100.000 nanômetros de espessura, de acordo com o Instituto Nacional de Nanotecnologia.
Em um estudo recente publicado em 18 de outubro na revista Nature, cientistas da Universidade Friedrich–Alexander de Erlangen–Nuremberg (FAU) na Alemanha utilizaram esse dispositivo diminuto para aumentar a energia dos elétrons de 28,4 quilocelulas de elétron para 40,7 keV, marcando um aumento substancial de 43%.
Essa conquista representa a primeira ativação bem-sucedida de um acelerador de elétrons nanofotônicos, um conceito originalmente proposto em 2015. Embora pesquisadores da Universidade de Stanford também tenham tentado um feito semelhante com seu mini acelerador, seus resultados ainda aguardam revisão.
Roy Shiloh, coautor do estudo e físico da FAU, afirmou: “Pela primeira vez, realmente podemos falar sobre um acelerador de partículas em um [micro]chip.”
Diferentemente do LHC, que depende de mais de 9.000 ímãs para gerar um campo magnético que acelera partículas a quase 99,9% da velocidade da luz, o NEA cria um campo magnético direcionando feixes de luz para os pilares dentro do tubo de vácuo. Esse processo amplifica a energia de maneira precisa, embora o campo de energia resultante seja consideravelmente mais fraco.
Vale ressaltar que elétrons acelerados pelo NEA possuem apenas uma fração minúscula da energia em comparação com partículas aceleradas pelo colossal LHC. No entanto, os pesquisadores acreditam que podem aprimorar o design do NEA experimentando com materiais alternativos ou empilhando vários tubos lado a lado, potencialmente alcançando maior aceleração de partículas. No entanto, o NEA nunca se aproximará dos níveis de energia de seus equivalentes maiores.
Curiosamente, essa limitação pode não ser prejudicial, uma vez que o principal objetivo desses aceleradores está em aproveitar a energia emitida pelos elétrons acelerados para tratamentos médicos precisos capazes de substituir formas mais prejudiciais de radioterapia utilizadas na erradicação de células cancerosas.
Tomáš Chlouba, autor principal do estudo e físico da FAU, afirmou: “A aplicação dos sonhos seria colocar um acelerador de partículas em um endoscópio para poder administrar radioterapia diretamente na área afetada dentro do corpo.” No entanto, ele acrescentou que esse objetivo ainda está longe de ser alcançado.
Em resumo, essa conquista marca um marco significativo no avanço da tecnologia de aceleradores de partículas, com implicações promissoras tanto para a pesquisa fundamental quanto para a medicina. Embora o NEA possa não competir com a potência do LHC, ele abre caminho para aplicações inovadoras e tratamentos médicos avançados que podem beneficiar a humanidade no futuro. [Live Science]
