Os aceleradores de partículas são extremamente importantes no estudo da matéria do Universo, mas aqueles que pensamos tendem a ser instrumentos gigantescos – quase cidades circundantes em alguns casos. Agora os cientistas fizeram uma versão muito menor para alimentar um laser avançado, uma configuração que pode ser tão útil quanto suas contrapartes maiores.
Com informações de Science Alert.
O acelerador de partículas em questão é um acelerador de ‘wakefield‘ de plasma, que gera rajadas curtas e intensas de elétrons, e o laser que alimenta é conhecido como laser de elétrons livres (FEL), que usa sua luz para analisar átomos, moléculas e condensados importa em resoluções incrivelmente altas.
Embora esse cenário já tenha sido tentado antes, a luz laser resultante não foi intensa o suficiente para ser útil em escalas menores. Aqui, os pesquisadores conseguiram manter a configuração fechada em algumas salas de tamanho normal enquanto ampliavam o feixe de elétrons final produzido pelo laser, aumentando a intensidade em 100 vezes na última etapa do processo.
“Comprovamos a viabilidade da nova rota técnica com o acelerador de elétrons a laser com capacidade de aceleração ultra-alta, e ele reduziu o tamanho da instalação do nível de quilômetros para 12 metros”, disse o físico Leng Yuxin, da Academia Chinesa de Ciências (CAS) .
Haviam vários desafios para a equipe em reduzir a tecnologia e, ao mesmo tempo, mantê-la praticamente útil. Eles tiveram que reduzir a variação na energia dos elétrons para apenas 0,5 por cento, por exemplo, o que exigiu uma série de otimizações que controlaram a aceleração do elétron e garantiram um deslocamento suave.
Os elétrons são disparados por um tubo de vácuo e por uma série de três onduladores magnetizados, que usam seus campos magnéticos para sacudir os elétrons e produzir luz. A luz emitida empurra os elétrons de volta, empurrando-os em grupos menores que geram o feixe de laser.
Aumentar o campo elétrico através dos onduladores enquanto mantém a estabilidade é uma das razões pelas quais a configuração poderia ser feita tão compacta quanto era. Isso significa que muitos dos benefícios dos aceleradores de partículas podem ser aplicados em experimentos executados dentro de uma única sala.
“As características do FEL, incluindo suas taxas de resolução superelevadas em relação ao tempo e espaço e brilho de pico super forte, tornam possível realizar imagens tridimensionais e multimodais de matérias com precisão ultra-alta”, disse o físico Wang Wentao, da CAS .
A nova configuração não é apenas menor do que o acelerador de partículas padrão e a configuração FEL, mas também é muito mais acessível – o que abre diversos tipos de novas aplicações em potencial, mesmo se o dispositivo não for tão poderoso quanto as versões em escala real.
Na verdade, preparar o novo acelerador de partículas e seu FEL para experimentos práticos de laboratório vai levar muito mais tempo e muito mais pesquisa, mas os cientistas mostraram o que é possível em termos de redução da escala de todo o sistema.
E embora algumas questões permaneçam sobre o quão bem o pequeno acelerador e o laser corresponderão aos resultados que já estamos obtendo com as versões maiores, outros especialistas foram rápidos em elogiar a nova pesquisa sobre o que ela conseguiu fazer. Muitas descobertas novas e empolgantes podem estar a caminho.
“A aplicação da tecnologia potencial provavelmente expandirá imensamente a compreensão humana do mistério da vida e da revolução das coisas vivas”, disse Wentao.
A pesquisa foi publicada na Nature.
