O capilar de 9 cm. (Roy Kaltschmidt / Laboratório Nacional Lawrence Berkeley)
Em uma conquista de tirar o fôlego, os físicos quebraram o recorde mundial de aceleração de partículas. Em apenas 20 centímetros (8 polegadas), eles aumentaram a aceleração dos feixes de elétrons de 0 para impressionantes 7,8 bilhões de elétron-volts (GeV).
Isso quase dobra o ganho de energia anterior da equipe, de 4,2 GeV acima de 9 centímetros , demonstrando uma maneira de melhorar bastante a aceleração do campo de vigília no plasma .
Aceleradores de partículas de alta energia são vitais para entender melhor as partículas de que nosso Universo é feito, mas também têm algumas limitações bastante pesadas, especialmente em termos de tamanho e custo. O Large Hadron Collider (LHC) consiste em um túnel de vácuo enterrado no subsolo, com uma circunferência de 26,7 quilômetros (16,6 milhas).
Ao longo do túnel, as câmaras metálicas são espaçadas em intervalos para gerar ondas de radiofreqüência , que transferem energia para as partículas que passam para aumentar a velocidade, com cada câmara de radiofreqüência fornecendo um campo acelerado de 5 milhões de volts por metro (5MV / m) para em última análise, fornece velocidades próximas à da luz no vácuo .
No ano passado, os físicos do CERN anunciaram que, usando uma tecnologia em desenvolvimento chamada aceleração de campo de vigia de plasma, eles alcançaram um gradiente de aceleração de 200 MV / m. Isso resultou em uma aceleração para quase 2 GeV em 10 metros.
Funciona como wakesurfing . Os pulsos de laser são usados para gerar ondas de plasma com campos eletromagnéticos que podem ser milhares de vezes mais fortes que os campos de radiofreqüência. Então, assim como um wakesurfer pode usar as ondas geradas na esteira de um barco para acelerar, as partículas podem "surfar" as ondas do plasma para ganhar energia.
Para melhorar isso, os físicos do Laboratório Nacional Lawrence Berkeley projetaram e incorporaram um guia de ondas de plasma . Estes, escreveram os pesquisadores em seu artigo , "podem ser usados para atenuar a difração do laser de pulsos de laser focados, o que aumenta o comprimento da aceleração e o ganho de energia para uma determinada potência do laser".
Este trabalho foi a conquista por trás do resultado anterior de 4,2 GeV em 2014 ; agora, a equipe aprimorou seus métodos.
Em um tubo de safira cheio de gás, uma descarga elétrica é acionada para criar plasma. Em seguida, um pulso de laser "aquecedor" é usado para perfurar parte do gás do centro do plasma, diminuindo a densidade, que focaliza a luz do laser.
Esse canal de plasma é forte o suficiente para manter os pulsos do laser confinados ao longo do comprimento do acelerador. Os pulsos subsequentes do "driver" do laser geram ondas no plasma. Os elétrons no plasma pegam carona, navegando pelo comprimento do tubo de safira.
No experimento anterior, a densidade do plasma fez com que o laser perdesse o foco ao longo do comprimento do capilar, resultando em danos ao tubo de safira.
"O feixe do aquecedor nos permitiu controlar a propagação do pulso do laser do motorista", disse o físico Anthony Gonsalves, do Laboratório Nacional Lawrence Berkeley .
"Os próximos experimentos terão como objetivo obter controle de precisão sobre a injeção de elétrons na onda de plasma para obter qualidade de feixe sem precedentes e unir vários estágios para demonstrar o caminho para uma energia ainda maior".
A pesquisa será apresentada na 61ª Reunião Anual da Divisão de Física de Plasmas da APS nesta semana e apareceu na Physical Review Letters no início deste ano.
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