Conheça o primeiro acelerador de partículas do tamanho de uma mesa

Raios de elétrons
Pesquisadores criam primeiro acelerador de partículas que cabe dentro de um quarto. Novo equipamento vai acelerar pesquisas em todo o mundo

Você sabe qual o tamanho de um acelerador de partículas? Talvez não exatamente, mas você deve imaginar que é uma estrutura bem grande e bastante cara. Um acelerador de partículas tradicional pode chegar a dezenas de quilômetros de circunferência. O maior do mundo, o LHC – Large Hadron Colider, localizado na Suíça, possui 27 km. Essas estruturas, fundamentais para pesquisas sobre partículas e síntese de novos materiais, são grandes, complexas e caras. Mesmo aceleradores menores, usados para tratamento de câncer, por exemplo, podem chegar a pesar 50 toneladas.

Um exemplo brasileiro, o Sirius, acelerador de partículas que está sendo instalado no LNLS (Laboratório Nacional de Luz Síncroton), possui um acelerador de elétrons de 520 metros de circunferência. E isso tudo sem contar toda a infraestrutura de prédios, eletro-imãs e sistemas de controle e suporte.

Um novo trabalho desenvolvido na Brookhaven National Lab, porém, promete mudar radicalmente esse cenário. O laboratório sediado em Nova York criou e testou com sucesso um modelo muito mais leve, pequeno e que utiliza peças feitas em impressoras 3D.

Nos testes realizados, os pesquisadores conseguiram direcionar cinco raios com energia entre 18 e 70 MeV (milhões de elétron-volt). Os raios viajaram caminhos distintos pelo tubo do acelerador e emergiram do equipamento separados e prontos para aplicações em pesquisas de física e medicina.

Acelerador de Partículas de pequena escala
Acelerador de Partículas de pequena escala

Estrutura e preços menores para o acelerador de partículas

O físico Dejan Trbojevic, um dos envolvidos no novo acelerador em pequena escala, estimou que com o amadurecimento do protótipo, aceleradores que hoje pesam 50 toneladas podem “emagrecer” para apenas 1 tonelada. O protótipo atual possui pouco mais de 1 metro e meio. Uma estrutura completamente fabricada em impressão 3D abriga o tubo de 2 polegadas(pouco mais de 5cm) por onde os elétrons são direcionados. Uma segunda estrutura circular, também feita em impressora 3D, envolve todo esse conjunto.

A arquitetura e o software que sintoniza e dimensiona os imãs que fazem os raios defletirem foram feitos pelo físico Stephen Brooks. Ao contrário dos aceleradores tradicionais, que usam grandes eletro-imãs para acelerar os raios de elétrons, Brooks construiu uma estrutura baseada em imãs permanentes. A nova arquitetura foi responsável por baratear significativamente o custo operacional e de controle do equipamento.

LHC - Acelerador de partículas tradicional
LHC – Acelerador de partículas tradicional

A nova máquina utiliza apenas um loop, o que permite acelerar os elétrons a energias cada vez mais altas sem ter que usar loops adicionais para níveis específicos de energia (como geralmente é feito nos modelos tradicionais). Um grande avanço para pesquisas de física é a possibilidade de fazer instrumentos como fábricas de neutrinos e colisores de íons-elétrons dentro dos próprios laboratórios dos pesquisadores. No modelo tradicional, os cientistas têm que reservar um horário para usar os grandes aceleradores baseados em eletro-imãs.

Apesar de o tamanho também significar que os níveis de energia alcançados são ainda bastante limitados(O LHC, por exemplo, já alcançou a casa dos Tera Eletron-Volt), as possíveis aplicações já são suficientes para tornar o pequeno protótipo em uma grande promessa.

Aproveite para conferir a visita do showmetech ao LNLS e para conhecer mais sobre o projeto Sirius.

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