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Energia

Qual o mais forte campo magnético se pode criar na Terra?

Redação do Site Inovação Tecnológica - 07/10/2020

Qual o mais forte campo magnético se pode criar na Terra?
Ilustração da implosão de microtubo, que poderá criar na Terra campos magnéticos só encontrados em estrelas de nêutrons e buracos negros.
[Imagem: M. Murakami]

Recordes de magnetismo

Os campos magnéticos são usados por todos os lados, com aplicações práticas que vão das campainhas de casa a trens maglev.

Desde as descobertas de Nikola Tesla no século 19, físicos e engenheiros têm-se esforçado para produzir campos magnéticos ultrafortes em laboratório para estudos fundamentais e para diversas aplicações, mas, no geral, a força magnética com as quais lidamos ainda é relativamente fraca.

O geomagnetismo natural da Terra, por exemplo, fica entre 0,3 e 0,5 gauss (G), enquanto um aparelho de tomografia magnética usado em hospitais tem cerca de 1 tesla (1 tesla = 104 G). Já os reatores de fusão nuclear e os trens maglev do futuro exigirão campos magnéticos na ordem dos kiloteslas (1.000 teslas, ou 107 G).

A propósito, o recorde mundial de campo magnético já produzido na Terra chegou a 1.200 teslas, ou seja, na casa dos kiloteslas (kT).

O problema é que, com a tecnologia atual, produzir campos magnéticos maiores exige equipamentos tão grandes e tanta energia que não seria prático tentar produzi-los, nem mesmo para experimentos.

Mas talvez não precisemos ficar limitados a esta escala inferior do magnetismo.

Qual o mais forte campo magnético se pode criar na Terra?
O princípio lembra o da luz torcida, só que, em vez de fótons, envolve partículas de altíssima energia.
[Imagem: Masakatsu Murakami et al. - 10.1038/s41598-020-73581-4]

Megateslas

Masakatsu Murakami e colegas da Universidade de Osaka, no Japão, acabam de descobrir um novo mecanismo, que eles batizaram de "implosão de microtubo", que pode gerar campos magnéticos da ordem dos milhões de teslas, ou megateslas (1 MT = 1010G).

Isso não é apenas três ordens de magnitude maior do que o que já foi alcançado em laboratório, como também alcança uma escala que se acredita existir apenas em corpos celestes incomuns, como nas estrelas de nêutrons e nos buracos negros.

A proposta consiste em disparar pulsos de laser ultraintensos em direção a um minúsculo tubo de plástico, com apenas um décimo da espessura de um fio de cabelo humano. Com a energia do laser, os elétrons do microtubo atingirão níveis de energia que os levarão a temperaturas de dezenas de bilhões de graus quase instantaneamente. Esses elétrons quentes, junto com íons frios, irão se expandir na cavidade do microtubo em velocidades próximas à velocidade da luz.

Se o microtubo estiver sujeito a um campo magnético inicial, da ordem dos kT, isso fará com que as partículas carregadas implodindo sejam torcidas infinitesimalmente devido à força de Lorenz - essa força é resultado da superposição da força elétrica das partículas e da força magnética do campo magnético externo, que a equipe chama de "campo semente".

O resultado é um fluxo cilíndrico de partículas com correntes sem precedentes, na casa dos 1015 amperes/cm2 no eixo do microtubo. Essa corrente, consequentemente, gera campos magnéticos ultra-altos, na ordem dos megateslas.

Serão campos magnéticos bastante fugazes, mas o suficiente para viabilizar pesquisas fundamentais pioneiras em várias áreas, incluindo ciência dos materiais, eletrodinâmica quântica e astrofísica.

Tudo foi demonstrado em simulações de partículas feitas em computador, mas Murakami e seus colegas já confirmaram que a tecnologia de laser atual é suficiente para gerar os campos magnéticos MT, que eles esperam demonstrar na prática em pouco tempo.

Bibliografia:

Artigo: Generation of megatesla magnetic fields by intense-laser-driven microtube implosions
Autores: Masakatsu Murakami, J. J. Honrubia, K. Weichman, A. V. Arefiev, S. V. Bulanov
Revista: Nature Scientific Reports
Vol.: 10, Article number: 16653
DOI: 10.1038/s41598-020-73581-4





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