Aceleradores laser-plasma avançam aos ombros de Einstein

Investigadores portugueses publicam artigo na «Nature Physics»

Uma equipa de investigação do Instituto Superior Técnico (IST), em Lisboa, constituída por Samuel Martins, Ricardo Fonseca e Luís Oliveira e Silva, publicou recentemente um artigo na reconhecida revista científica internacional «Nature Physics» sobre um avançado mecanismo para investigar computacionalmente a nova geração de aceleradores de partículas – laser-plasma.

O novo conceito usa os princípios da Relatividade de Einstein de que o espaço e o tempo dependem do observador para simplificar a modelização computacional destes sistemas.

As leis da física que descrevem os aceleradores são independentes do referencial escolhido, ou seja, assumem a mesma forma quer estejamos no laboratório ou numa nave espacial, que se move a velocidades próximas à da luz em relação ao laboratório – quando as leis apresentam esta propriedade dizem-se co-variantes ou invariantes para transformações de Lorentz e obedecem aos princípios da relatividade restrita.

Exemplo de um acelerador laser-plasma simulado

O aspecto fundamental é que modelizar numericamente as equações no referencial do laboratório ou num outro que se move em relação ao laboratório, a uma velocidade elevada, é quantitativamente diferente: é possível encontrar um referencial com uma velocidade bem determinada que minimiza os recursos computacionais, em particular a memória e o tempo de computação necessários.

A escolha apropriada do melhor referencial permitiu simular, pela primeira vez, a nível mundial, a nova geração das mais avançadas ferramentas tecnológicas dos nossos dias – os aceleradores de partículas. Apesar da optimização computacional, o estudo incluiu algumas das maiores simulações numéricas em supercomputadores, na Alemanha, nos Estados Unidos e em Lisboa.

O estudo demonstra que será possível, utilizando os lasers mais intensos que serão instalados nos próximos anos em diferentes países do Mundo, acelerar partículas (neste caso electrões) com energias superiores àquelas que encontramos nos aceleradores de partículas convencionais (como por exemplo no Stanford Linear Accelerator, na Califórnia).

LCH é exemplo

LHC do CERN é um acelerador de partículas

Os aceleradores de partículas são usados em diversas áreas da ciência e da tecnologia, não só na exploração de Física fundamental – como por exemplo o LHC do CERN –, mas também em aplicações nas ciências médicas, na química, na biologia, na ciência dos materiais, entre outros. Os mais convencionais exigem infra-estruturas de grandes dimensões, com elevados custos associados.

Experiências realizadas ao londo dos últimos anos demonstraram um novo conceito de aceleradores baseados na interacção de um laser intenso com um plasma. Num Acelerador Laser-Plasma, um laser intenso e curto (algumas dezenas de femtosegundo – um femtosegundo é unidade de tempo que equivale à milbilionésima parte de um segundo) atravessa uma coluna de plasma, produzindo uma onda na qual partículas podem “surfar” até altas energias. As acelerações são três vezes superiores às dos aceleradores convencionais de radio-frequência, o que constitui uma verdadeira ‘disrupção’ tecnológica no sentido da miniaturização dos aceleradores.

Os novos resultados dos investigadores do IST, em colaboração com investigadores da Universidade da Califórnia, Los Angeles, mostram que os novos aceleradores laser-plasma poderão em breve estar na origem de infra-estruturas mais compactas e mais económicas para aplicações tecnológicas e para a investigação de ciência fundamental. A equipa do IST pertence ao Grupo de Lasers e Plasmas do Instituto de Plasmas e Fusão Nuclear.

Comentários

Ronaldo D. Silveira, em 2010-03-18 às 13:01, disse:
Como nos sentimos importantes num universo catatônico de caos e desordem com essa descobertas e inovações, ao saber que a tecnologia encontra-se num estágio avançado em determinadas áreas.
Deixo aqui minha sugetão sobre o uso de lasers, onde é de meu conhecimento a técnica utilizada na área médicam, porém necessita de mais estudos relacionados no tratamento de doenças mais elaboradas. Lasers são os procedimentos do futura para curas ainda não relatadas, sendo este meio o de melhor uso de teorias atômicas que unem o universo médico com a ciência elaborada.

Parabéns pela matéria.

Nuno Lourenço, em 2010-03-13 às 13:39, disse:
Impressionante sem dúvida. Dá gosto saber que em Portugal se faz cada vez mais investigação de ponta a nível mundial.

O seu comentário:


O seu nome:


O seu email (não será publicado):