Cientistas da Universidade do Texas em Austin criaram o “Advanced Wakefield Laser Accelerator”, que é muito compacto em tamanho, mas ainda gera um feixe de elétrons de alta energia – até 10 GeV, ou 10 bilhões de elétron-volts. Este é um verdadeiro avanço no campo dos aceleradores de partículas.
Fonte da imagem: Bjorn “Manuel” Hegelich
Os cientistas continuam a explorar possíveis aplicações desta tecnologia, incluindo o potencial dos aceleradores de partículas na tecnologia de semicondutores, imagens médicas e terapêutica, investigação de materiais, energia e medicina.
Recentemente, um grupo de cientistas desenvolveu um acelerador de partículas compacto chamado Advanced Wakefield Laser Accelerator. O dispositivo, com comprimento inferior a 20 metros, gera um feixe de elétrons com energia de 10 bilhões de elétron-volts, segundo comunicado da Universidade do Texas em Austin. O próprio laser opera em uma câmara de 10 cm, significativamente menor do que os aceleradores de partículas tradicionais que requerem quilômetros de espaço.
O funcionamento do acelerador conta com um mecanismo inovador no qual um laser auxiliar atua sobre o hélio. O gás é aquecido até se transformar em plasma, que por sua vez gera ondas. Essas ondas têm a capacidade de mover elétrons em alta velocidade e energia, formando um feixe de elétrons de alta energia. Dessa forma, é possível encaixar o acelerador em uma sala, em vez de construir enormes sistemas em escala de quilômetros. Este acelerador foi descrito pela primeira vez em 1979 por um grupo de pesquisa da Universidade do Texas liderado por Bjorn “Manuel” Hegelich, físico e CEO da TAU Systems. No entanto, um elemento-chave foi recentemente introduzido no design: o uso de nanopartículas metálicas. Estas nanopartículas são introduzidas no plasma e desempenham um papel crucial no aumento da energia dos elétrons na onda de plasma. Como resultado, o feixe de elétrons torna-se não apenas mais poderoso, mas também mais concentrado e eficiente. Bjorn “Manuel” Hegelich, referindo-se ao tamanho da câmara em que o feixe foi produzido, observou: “Podemos agora atingir tais energias a uma distância de 10 centímetros”.
Os pesquisadores usaram em seus experimentos o Texas Petawatt Laser, o laser pulsado mais poderoso do mundo, que emitia um pulso de luz ultraintenso a cada hora. Um único pulso de laser de petawatt é cerca de 1.000 vezes a energia elétrica instalada nos Estados Unidos, mas dura apenas 150 femtossegundos – cerca de um bilionésimo da duração de um raio.
Os cientistas pretendem usar esta tecnologia para avaliar a resistência à radiação da eletrônica espacial, obter visualizações 3D de novos chips semicondutores, bem como criar novos tratamentos contra o câncer e imagens médicas avançadas. Além disso, este acelerador pode ser usado para alimentar outro dispositivo chamado laser de elétrons livres de raios X, que pode capturar vídeos de lapso de tempo de processos em escala atômica ou molecular. Exemplos de tais processos incluem interações entre medicamentos e células, alterações nas baterias que podem causar incêndio, bem como reações químicas que ocorrem nas células solares e a transformação de proteínas virais quando as células são infectadas.
A equipe do projeto pretende tornar o sistema ainda mais compacto e se esforça para criar um sistema. Eles querem criar um laser que caiba em uma mesa e possa disparar pulsos muitas vezes por segundo. Isto aumentará significativamente a compactação de todo o acelerador e expandirá as possibilidades de sua aplicação em uma faixa muito mais ampla em comparação aos aceleradores convencionais.