MADRID 10 mar. (EUROPA PRESS) -
Os cientistas criaram um feixe de elétrons ultracurto com uma corrente de pico cinco vezes maior do que qualquer outro feixe semelhante existente na Terra.
Descrita em um artigo publicado na Physical Review Letters, essa conquista aborda um dos grandes desafios da física de feixes de partículas e aceleradores e abre as portas para novas descobertas em uma ampla gama de campos científicos, incluindo química quântica, astrofísica e ciência dos materiais.
"Não apenas podemos criar um feixe de elétrons tão potente, mas também podemos controlar o feixe de forma personalizada e sob demanda, o que significa que podemos investigar uma gama muito maior de fenômenos físicos e químicos do que nunca", disse Claudio Emma, pesquisador do Facility for Advanced Accelerator Experimental Testing (FACET-II) do SLAC National Accelerator Laboratory e principal autor do novo estudo, em um comunicado.
EQUILÍBRIO DE FEIXE
Conforme descrito no Beam and Accelerator Physics Roadmap publicado em 2022, um dos maiores desafios para os físicos, até agora, tem sido produzir feixes de elétrons muito mais potentes, preservando a qualidade do feixe.
Tradicionalmente, um campo de micro-ondas é usado para comprimir e focalizar o feixe de elétrons. Os elétrons dentro do campo são escalonados, de modo que os que estão mais atrás têm mais energia do que os que estão na frente. É um pouco como se os corredores fossem escalonados na largada de uma corrida, explicou Emma. "Em seguida, nós os enviamos ao redor de uma curva, de modo que os elétrons da parte de trás alcancem os elétrons da frente e, no final, eles são um grupo de elétrons juntos em um feixe focalizado.
O problema com essa abordagem é que, à medida que aceleram, os elétrons emitem radiação e perdem energia, de modo que a qualidade do feixe se deteriora. Isso cria um equilíbrio entre a energia e a qualidade do feixe. "Não podemos aplicar métodos tradicionais para comprimir feixes de elétrons em uma escala submicrônica e, ao mesmo tempo, preservar a qualidade do feixe", disse Emma.
OS LASERS SÃO A CHAVE
Para resolver esse problema, os pesquisadores do SLAC comprimiram bilhões de elétrons em um comprimento submicrométrico usando uma técnica de modelagem baseada em laser originalmente desenvolvida para lasers de elétrons livres de raios X, como a Linac Coherent Light Source (LCLS) do SLAC. "A grande vantagem de usar um laser é que podemos aplicar uma modulação de energia muito mais precisa do que a que podemos fazer com campos de micro-ondas", disse Emma.
Mas não é tão simples como disparar alguns lasers em um túnel. "Temos uma máquina de um quilômetro de comprimento e o laser interage com o feixe nos primeiros 10 metros, portanto, é preciso obter a forma exata, depois transportar o feixe por mais um quilômetro sem perder essa modulação e comprimi-lo", disse Emma. "Portanto, não foi fácil.
Depois de vários meses de testes e refinamento da técnica de modelagem a laser, Emma e sua equipe agora podem produzir repetidamente feixes de elétrons de alta energia, com duração de femtossegundos e potência de pico de petawatts, que são cerca de cinco vezes mais altos em corrente do que era possível obter anteriormente.
Esse novo feixe permitirá que os cientistas investiguem uma série de fenômenos naturais, incluindo testes de hipóteses em física quântica, ciência dos materiais e astrofísica.
Na astrofísica, por exemplo, esse feixe pode ser direcionado a um alvo sólido ou gasoso para criar um filamento semelhante aos observados nas estrelas. "Os cientistas sabem que esses filamentos são produzidos, mas agora podemos testar como eles são produzidos e evoluem no laboratório em um nível de potência que nunca tivemos antes", disse Emma.
Esta notícia foi traduzida por um tradutor automático