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Resolução de mistério com 25 anos torna aceleradores de partículas compactos mais próximos da realidade

Fonte: 
Instituto Superior Técnico, Universidade de Lisboa, Portugal, 2017-05-15

A descoberta de um novo modelo para a aceleração de partículas em plasmas, realizada por uma equipa internacional de físicos liderada por investigadores de Portugal e da Alemanha, explica corretamente um grande número de resultados experimentais e representa um avanço crucial para a nova geração de aceleradores.

Os aceleradores de partículas são importantes para o avanço científico, para o desenvolvimento da economia e na melhoria da sociedade. São utilizados em técnicas avançadas para tratamentos médicos (por exemplo do cancro), em imagiologia médica, e indústria litográfica, para citar apenas alguns exemplos. O desenvolvimento de novos tipos de aceleradores de partículas poderá um dia permitir construir dispositivos mais económicos e compactos, ao mesmo tempo que contribuirá para esclarecer questões fundamentais associadas ao universo, à existência do espaço, do tempo e da matéria.

Uma equipa internacional de físicos liderada por investigadores do Instituto Superior Técnico (IST) e do Deutsches Elektronen-Synchrotron (DESY) na Alemanha publicou agora um trabalho que responde a um desafio posto no início dos anos 90 por físicos norte-americanos. Segundo estes, uma nova classe de aceleradores de partículas a plasma, mais compactos e económicos que os atuais, seriam de tal modo instáveis que se autodestruiriam. Seria então impossível utilizar esta tecnologia para estudar a física das altas energias, o ramo da física explorada no grande colisionador de hadrões (LHC) no CERN que recentemente culminou com a descoberta da partícula de Higgs.

Contrariando as previsões teóricas dos físicos norte-americanos, e explicando pela primeira vez inúmeros resultados experimentais, o presente estudo, publicado no dia 26 de Abril na prestigiada revista Physical Review Letters, esclarece que este tipo de aceleradores são, pelo contrário, intrinsecamente estáveis.

A equipa de investigadores de instituições portuguesas e alemãs recorreu a supercomputadores no IST e em Juelich, Alemanha, para testar uma nova teoria sobre estes aceleradores, incorporando efeitos ignorados até ao momento, através de sofisticadas simulações computacionais.

Este resultado enquadra-se dentro de um conjunto de técnicas que exploram as propriedades do quarto estado da matéria, o plasma. No estado de plasma, a temperatura dos átomos e moléculas supera as do estado gasoso. Os plasmas são muito comuns e perfazem cerca de 99% da matéria conhecida do universo. Exemplos da sua importância vão desde os processos de emissão de luz em lâmpadas de néon até à dinâmica associada às explosões solares. Os aceleradores de partículas baseados em plasmas estão a ser ativamente desenvolvidos um pouco por todo o mundo, incluindo no maior laboratório de física de partículas, o CERN.

Para além de resolver uma questão fundamental e de explicar inúmeros resultados experimentais obtidos até hoje em vários laboratórios, como por exemplo no SLAC – Stanford Linear Accelerator, na Califórnia nos Estados unidos, este trabalho coloca também “novas questões que serão exploradas num futuro próximo com novas teorias em conjunto com experiências”, garante Jorge Vieira, investigador do Grupo de Lasers e Plasmas do Instituto de Plasmas e Fusão Nuclear do IST, que coordenou o trabalho que levou a esta descoberta.