Um acelerador de partículas pequeno atingiu energias que competem com instalações de grande extensão.
© Berkeley Lab (acelerador de partículas compacto)
O pesquisador Wim Leemans e seus colegas do Laboratório Nacional Lawrence Berkeley (EUA) aceleraram elétrons no interior de um tubo de plasma com apenas 9 cm de comprimento. A velocidade alcançada pelos elétrons correspondeu a uma energia de 4,25 GeV (gigaelétron-volts).
A aceleração em uma distância tão curta corresponde a um gradiente de energia mil vezes maior do que a obtida nos aceleradores de partículas tradicionais e marca um recorde mundial de energia para aceleradores desse tipo, conhecidos como laser-plasma. Em 2013, outra equipe havia alcançado 2 GeV em um acelerador de 2 cm de comprimento.
Neste ano, o LHC (Large Hadron Collider), que tem 27 km de diâmetro, deverá atingir energias totais de 14 TeV (teraelétron-volts). Mas mesmo instalações de tamanho padrão exigem túneis com centenas de metros de comprimento para chegar aos gigaelétron-volts (GeV).
© Berkeley Lab (simulação da evolução do plasma)
A imagem acima mostra uma simulação computadorizada da evolução do plasma no interior do pequeno acelerador.
Aceleradores de partículas tradicionais, como o LHC, aceleram as partículas modulando campos elétricos dentro de conduítes metálicos. É uma técnica que tem um limite de cerca de 100 MeV/m (megaelétron-volts por metro), porque além disso o próprio metal do conduíte é destruído.
Os aceleradores laser-plasma adotam uma abordagem completamente diferente. No caso deste experimento, um pulso de luz laser é injetado em um tubo cheio de plasma por uma abertura de apenas 500 micrômetros. O laser cria um canal através do plasma, assim como ondas que capturam elétrons livres e os aceleram.
A equipe acredita poder alcançar os 10 GeV com este pequeno acelerador de elétrons. Para isso, segundo Leemans, eles precisarão controlar com mais precisão a densidade do canal de plasma através do qual o laser flui. Em essência, eles precisarão criar um túnel para o pulso de luz que tenha o formato preciso para lidar com os elétrons mais energéticos.
O acelerador de partículas de diminuta dimensão depende de um poderoso laser para gerar os pulsos de alta potência que devem ser injetados no plasma. Neste experimento foi usado um dos lasers mais poderosos do mundo, o BELLA (Berkeley Lab Laser Accelerator), capaz de atingir energias na classe dos petawatts (quatrilhões de watts).
Os resultados aparecem no periódico Physical Review Letters.
Fonte: Lawrence Berkeley National Laboratory
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