Acelerador de antimatéria miniaturizado quebra limites de tamanho e abre novas fronteiras físicas

• Os cientistas descobriram uma nova forma de acelerar a antimatéria num espaço mil vezes menor do que os aceleradores existentes. 
• A técnica é muito eficiente, barata e nos ajudaria a estudar detalhadamente a nova física. 

Aceleradores de partículas em instalações como Linac Coherent Light Source e Large Hadron Collider aceleram partículas elementares (elétrons e prótons). Eles permitem que os cientistas testem múltiplas teorias da física, incluindo a busca de novas partículas antecipadas por teorias supersimétricas e a análise das propriedades do bóson de Higgs.

Normalmente, isso é feito esmagando partículas aceleradas para gerar partículas mais elementares que fornecem massa a todas as outras partículas. Ele pode ser usado para produzir lasers de raios X para gerar imagens de processos pequenos e ultrarrápidos, como a fotossíntese.

Porém, para atingir velocidades tão elevadas, o acelerador deve utilizar componentes com comprimento superior a 2 Km. Há alguns anos, cientistas do Imperial College London desenvolveram um sistema que usa componentes de apenas alguns metros de comprimento para acelerar elétrons.

Agora, um cientista da mesma universidade inventou uma técnica para acelerar pósitrons – a contraparte antipartícula do elétron – em um sistema que teria apenas alguns centímetros de comprimento.

Vantagens do acelerador de pósitrons pequeno

Esta nova técnica poderia ajudar a examinar mais mistérios da física, incluindo as características da matéria escura e da energia escura, e permitir testes mais sensíveis de chips de silício e aeronaves.

A abordagem foi modelada usando a natureza da tecnologia laser existente, que cobre quase 25 metros quadrados. Se for demonstrado com sucesso, poderá permitir que vários laboratórios em todo o mundo realizem experiências de aceleração da antimatéria.

Segundo os pesquisadores, esta nova tecnologia poderia diminuir drasticamente o tamanho e também o custo da aceleração de pósitrons. Atualmente, o mesmo experimento requer grandes instalações físicas e custa dezenas de milhões de dólares.

As estratégias usadas em grandes instalações, como a Fonte de Luz Coerente Linac e o Grande Colisor de Hádrons, não foram muito melhoradas desde sua descoberta no início da década de 1960. Eles ainda são caros e muito complexos.

Os aceleradores de antimatéria da próxima geração, por outro lado, são eficientes, menores e mais baratos. Eles nos ajudariam a investigar novas físicas, permitindo que muitos mais laboratórios se juntassem ao esforço.

Referência:Física. Rev. Vigas | doi:10.1103/PhysRevAccelBeams.21.081301 | Imperial College Londres

Geração do bóson de Higgs e materiais de teste

A técnica envolve o uso de lasers e plasma para criar, concentrar e acelerar a antimatéria para gerar um feixe. O acelerador de centímetros de comprimento é capaz de acelerar feixes de pósitrons com dezenas de milhões de partículas, usando a tecnologia laser existente. O nível de energia dessas partículas é o mesmo gerado pelo acelerador Stanford de 2 Km.

Mais especificamente, os pesquisadores usaram simulações de partículas na célula para demonstrar que os lasers existentes podem acelerar centenas de pósitrons quase monoenergéticos MeV pC.

A técnica de aceleração de partículas baseia-se em 2 estágios de interação laser-plasma | Crédito: Aakash A. Sahai

Na verdade, eles poderiam gerar o bóson de Higgs a uma taxa mais elevada, permitindo aos cientistas analisar melhor as suas propriedades. Além disso, eles poderiam ser usados ​​para explicar o Modelo Padrão da física de partículas, procurando novas partículas antecipadas por teorias supersimétricas.

No que diz respeito às aplicações práticas, o feixe de pósitrons pode analisar falhas e riscos de fratura em uma variedade de materiais, incluindo pás de motores de aeronaves, corpos e chips integrados. Como a antimatéria interage com esses materiais de uma maneira diferente dos elétrons ou dos raios X, eles fornecem uma dimensão totalmente nova ao processo de controle de qualidade.

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Com base na experiência anterior de geração de feixes através de uma técnica semelhante, os investigadores têm a certeza de que o protótipo funcional estará disponível em 2020.