Equipamento poderá ser usado para destruir tumores sem afetar as células saudáveis ao redor
Por Hypescience; Olhar Digital.
Pesquisadores da Universidade de Stanford e do SLAC National Accelerator Laboratory, nos EUA, conseguiram construir um acelerador de partículas em um chip, que pode revolucionar áreas como a pesquisa científica e a medicina.
Aceleradores de partículas são geralmente estruturas gigantescas, alguns com quilômetros de extensão, onde partículas subatômicas são aceleradas a 94% da velocidade da luz.
Tecnologia
O novo chip emite pulsos de luz infravermelha através de silício capazes de acertar elétrons no momento e ângulo certos a fim de acelerá-los.
Em um acelerador de partículas tradicional, como o SLAC, rajadas de microondas são utilizadas para fornecer a maior aceleração possível. Só que, no seu pico de energia, elas medem 10 centímetros, enquanto a luz infravermelha tem um comprimento de onda de um décimo da largura de um cabelo humano.
É por esse motivo que a luz infravermelha pode acelerar elétrons a distâncias bem mais curtas com recursos físicos 100.000 vezes menores.
Só que esse tamanho minúsculo, na prática, exige uma nova abordagem de engenharia baseada em fotônica e litografia integradas em silício.
Engenharia reversa
Os cientistas precisaram utilizar engenheira reversa para miniaturizar e criar tal chip.
Em vez de projetar um acelerador e ajustar seus elementos para obter a máxima potência dentro daquele design, os cientistas estabeleceram quanta energia o acelerador deveria produzir e deixaram o software se encarregar de projetar as estruturas em nanoescala necessárias para colocar os fótons em contato adequado com o fluxo de elétrons.
O chip consiste em um “canal” escavado em um substrato de silício, no qual desembocam elétrons transportados por “fios”. Em uma das pontas do canal está uma fonte de luz infravermelha que pulsa 10 mil vezes por segundo. A cada pulso os fótons produzidos se chocam com os elétrons, acelerando-os ao longo do chip.
Um fluxo de partículas útil para pesquisa científica ou médica tem um milhão de Elétron-volt (1 MeV). Para atingir esta marca, seriam necessários 1.000 dos novos aceleradores, cada um compondo um “estágio” de um sistema maior. Felizmente eles são autocontidos (todos os componentes necessários para a aceleração estão no chip) e podem ser combinados.
Ultrapassado o obstáculo inicial do design do acelerador, os pesquisadores agora irão se concentrar em aumentar sua potência, e esperam atingir a marca de 1 MeV ainda em 2020. Eles comparam seu trabalho ao dos pioneiros da computação, que condensaram os imensos computadores da década de 40, que ocupavam salas inteiras, em minúsculos componentes menores que uma unha.
A tecnologia poderá ser usada em novas terapias de radiação para combate ao câncer, entregando um feixe de elétrons preciso que destrói as células de um tumor sem afetar os tecidos ao seu redor.
“Os maiores aceleradores são como telescópios poderosos. Existem poucos no mundo e os cientistas precisam ir a lugares como o SLAC para usá-los”, disse Jelena Vuckovic, pesquisadora que liderou o projeto. “Queremos miniaturizar a tecnologia dos aceleradores de partículas de forma que a torne uma ferramenta de pesquisa mais acessível”.
Próximos passos
O objetivo final dos pesquisadores é acelerar elétrons a 94% da velocidade da luz, ou a um milhão de elétrons-volt (1MeV). Esse seria um fluxo potente o suficiente para permitir experimentos científicos e aplicações médicas.
Enquanto o protótipo ainda é mil vezes mais fraco, já possui todas as funções críticas necessárias para criar aceleração integradas no chip, de forma que escalar a tecnologia não deve ser complicado. Os pesquisadores estimam atingir essa meta em um dispositivo de cerca de três centímetros até o final de 2020.
Obviamente, as capacidades desse chip ainda serão bem menores do que as de um acelerador como o SLAC, 30.000 mais potente que 1MeV, mas a equipe crê que existe espaço para dispositivos baseados em luz crescerem muito e desafiarem instrumentos operados por microondas no futuro.
Um artigo sobre a pesquisa foi publicado na revista científica Science. [Phys]
A entrada principal da instalação fica na Sand Hill Road, a leste da Interestadual 280. Foto SLAC.
