Conheça o primeiro acelerador de partículas do tamanho de uma mesa

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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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