Energia

Foguete óptico que empurra matéria pode miniaturizar aceleradores de partículas

Foguete óptico que empurra matéria pode miniaturizar aceleradores de partículas
Nesta concepção artística do experimento, os orbitais brancos representam dois pulsos de laser, com ondas de plasma em suas esteiras. As ondas interferem umas com as outras depois que os pulsos de laser se cruzam, e os elétrons percorrem o campo das ondas até sua mais alta energia.[Imagem: Extreme Light Laboratory/UNL]

Luz acelera matéria

Além de obterem resultados impressionantes sobre a força da luz, físicos podem ter-se deparado com uma nova técnica para construir aceleradores de partículas, do tipo ideal para fazer imagens e estudar as entranhas dos materiais - só que muito menores do que os atuais.

Quando elétrons em um plasma foram atingidos por pulsos intensos de luz laser, eles foram quase instantaneamente acelerados até próximo à velocidade da luz. Em outras palavras, os fótons (luz) empurraram diretamente os elétrons (matéria).

"Esta nova e única aplicação da luz intensa pode melhorar o desempenho dos aceleradores de elétrons compactos. Mas o aspecto científico mais geral e inovador dos nossos resultados é que a aplicação da força da luz resultou na aceleração direta da matéria," disse o professor Donald Umstadter, da Universidade de Nebraska-Lincoln, nos EUA.

Umstadter e seus colegas chamaram o fenômeno de "foguete óptico", por causa da enorme quantidade de força que a luz exerceu no experimento.

Os elétrons foram submetidos a uma força de quase um trilhão de trilhão de vezes maior do que a sentida por um astronauta lançado ao espaço. De fato, a luz acelerou os elétrons até o que se imagina serem as velocidades mais altas atingíveis por estas partículas.

Força da luz

O foguete óptico é o mais recente exemplo de como as forças exercidas pela luz podem ser usadas como ferramentas.

A luz de intensidade normal exerce uma pequena força, conhecida como pressão de radiação, sempre que se reflete, dispersa ou é absorvida por um material. Uma proposta de aplicação dessa força são as "velas solares", que usam a força dos fótons do Sol ou de lasers disparados da Terra para impulsionar espaçonaves. Há propostas em andamento para usá-las em frotas de nanossatélites para estudar asteroides e, mais no futuro, em viagens interestelares.

Outro tipo de força emerge quando a luz tem um gradiente de intensidade. Uma aplicação dessa força são as "pinças ópticas", usadas para manipular objetos microscópicos, assim com os raios tratores.

A nova aplicação se baseia em uma fonte de luz muito forte para fornecer um meio de controlar a fase inicial da aceleração do campo de onda e melhorar o desempenho de uma nova geração de aceleradores de elétrons compactos, que poderão abrir o caminho para uma gama de aplicações até agora impraticáveis devido ao enorme tamanho dos aceleradores convencionais.

Bibliografia:

Electron Trapping from Interactions between Laser-Driven Relativistic Plasma Waves
Grigory Golovin, Wenchao Yan, Ji Luo, Colton Fruhling, Dan Haden, Baozhen Zhao, Cheng Liu, Min Chen, Shouyuan Chen, Ping Zhang, Sudeep Banerjee, Donald Umstadter
Physical Review Letters
Vol.: 121, 104801
DOI: 10.1103/PhysRevLett.121.104801




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