Aceleradores de mesa acoplados formarão super-LHC

Redação do Site Inovação Tecnológica -  12/02/2016

Mostrando a simplicidade dos aceleradores de mesa, a acoplagem dos aceleradores em série utilizou uma fita de VK7 (com a descrição "plasma mirror tape") como espelho para direcionar o feixe de elétrons. [Imagem: Berkeley Lab]

Aceleradores de mesa

Aceleradores de partículas, dos quais o LHC é o exemplo maior, são enormes e caros.

Mas novas descobertas fundamentais e o desenvolvimento da tecnologia permitiu construir os chamados aceleradores de mesa, que fazem o mesmo tipo de serviço a um custo incomparavelmente menor.

O problema é que, embora acelerem as partículas muito bem, os aceleradores de mesa - alguns podem ter até mesmo o tamanho de um grão de arroz - não alcançam as energias necessárias para competir com seus equivalentes brutamontes.

Mas isso também começa a mudar. É certo que as mesas terão que ficar mais compridas, mas os ganhos de energia são enormes.

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Aceleradores em série

Físicos e engenheiros dos Laboratórios Berkeley, nos EUA, demonstraram pela primeira vez que é possível acoplar um acelerador de mesa a outro, para que a partícula acelerada no primeiro entre no segundo e receba um novo impulso, alcançando um nível de energia ainda mais alto.

Embora o processo pareça simples e natural, o grande desafio foi conectar e estabilizar o feixe de partículas, para que ele possa ser usado nos experimentos.

"Um bilhão de elétron-volts pode não importar tanto. O que importa é a estabilidade. Você não quer passar três quartos do dia ajustando seu injetor de feixes e ficar sem tempo para fazer um experimento," disse Sven Steinke, principal responsável pelo avanço.

Aceleradores de laser-plasma

Acelerador de laser-plasma do tipo descarga capilar, que agora será acoplado ao super-acelerador BELLA para testar o conceito para valer. [Imagem: Roy Kaltschmidt]

A saída foi acoplar não dois equipamentos iguais, mas dois tipos diferentes de aceleradores de laser-plasma.

O primeiro, responsável pela injeção do feixe principal, é de um tipo mais simples, conhecido como "jato de gás". Esse jato de gás supersônico é atravessado pelo laser, que faz um furo no interior do gás, ionizando-o para formar um plasma e gerar ondas que aceleram os elétrons livres, criando o feixe de elétrons.

Esse feixe entra então no segundo acelerador, um tipo mais complexo, conhecido como descarga capilar. O capilar é um fino furo no interior de um cristal de safira, cheio de hidrogênio, que é ionizado por uma descarga elétrica, que arranca os elétrons dos núcleos de hidrogênio, formando um plasma. Esse plasma normalmente funciona como um guia de ondas para o laser, que empurra e acelera os elétrons.

A novidade foi injetar nesse segundo acelerador o feixe de elétrons que sai do primeiro acelerador.

100 MeV

A configuração final mostrou ganhos de energia de até 100 milhões de elétron-volts em porções significativas do feixe de elétrons.

Agora a equipe quer tentar fazer a coisa funcionar para valer, acoplando seu acelerador híbrido ao acelerador BELLA, um acelerador de plasma a laser que alcança 1 quatrilhão de watts.

Bibliografia:

Multistage coupling of independent laser plasma accelerators
Sven Steinke, Jeroen van Tilborg, Carlo Benedetti, Cameron G. R. Geddes, Carl B. Schroeder, Joost Daniels, Kelly K. Swanson, Anthony Gonsalves, Kei Nakamura, Nicholas H. Matlis, Brian H. Shaw, Eric Esarey, Wim P. Leemans
Nature
Vol.: Published online
DOI: 10.1038/nature16525