Acelerador de mesa com 9 cm de comprimento atingiu 4,2 GeV. [Imagem: Roy Kaltschmidt/LBL]

Acelerador de mesa com 9 cm de comprimento atingiu 4,2 GeV. [Imagem: Roy Kaltschmidt/LBL]

Redação do Site Inovação Tecnológica

Miniacelerador

Um acelerador de partículas que cabe na palma da mão atingiu energias que rivalizam com instalações gigantescas, com quilômetros de extensão.

Há mais de uma década físicos vêm trabalhando na construção de aceleradores de partículas que caibam sobre uma mesa.

Na verdade já existem até microaceleradores de partículas – o menor deles é um acelerador de elétrons menor que um grão de arroz.

Mas foi em 2006 que pesquisadores franceses apresentaram um acelerador de elétrons a laser que demonstrou que a coisa podia ser levada a sério para aplicações práticas, tanto científicas, quanto tecnológicas.

Agora, Wim Leemans e seus colegas do Laboratório Nacional Lawrence Berkeley, nos Estados Unidos, aceleraram as partículas – elétrons, neste caso – no interior de um tubo de plasma com apenas nove centímetros de comprimento.

A velocidade alcançada pelos elétrons correspondeu a uma energia de 4,25 gigaelétron-volts.

A aceleração em uma distância tão curta corresponde a um gradiente de energia 1.000 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.

No ano que vem, o LHC (Large Hadron Collider), que tem 27 km de diâmetro, deverá atingir energias totais de 14 teraelétron-volts (TeV). Mas mesmo instalações de tamanho padrão exigem túneis com centenas de metros de comprimento para chegar aos gigaelétron-volts (GeV).

Simulação computadorizada do plasma no interior do miniacelerador, conforme ele evolui ao longo do canal de 9 cm. [Imagem: Berkeley Lab]

Simulação computadorizada do plasma no interior do miniacelerador, conforme ele evolui ao longo do canal de 9 cm. [Imagem: Berkeley Lab]

Aceleradores laser-plasma

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 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 canudo 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, de forma muito parecida com a maneira com que um surfista ganha velocidade deslizando pela face de uma onda.

A equipe acredita poder alcançar os 10 GeV com seu acelerador de 9 cm. 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.

Desafios

Embora a diminuta dimensão do acelerador seja promissora para diminuir os laboratórios, reduzir os custos e permitir um sem-número de experimentos, o miniacelerador ainda 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).

Segundo Leemans, para que os aceleradores de laser-plasma possam caber inteiros sobre uma mesa ainda será necessário fazer avançar também a tecnologia dos próprios lasers.