Menor acelerador de partículas do mundo é do tamanho de um grão de poeira

Há mais de uma década, pesquisadores têm trabalhado na miniaturização de aceleradores de partículas, frequentemente utilizando raios laser para impulsionar elétrons. Essa abordagem é crucial devido às amplas aplicações desses aceleradores em setores como a indústria, medicina e pesquisa científica. Atualmente, as máquinas ocupam espaços consideráveis, resultando em custos elevados para instalação.

Recentemente, Tomás Chlouba e sua equipe da Universidade Friedrich-Alexander, na Alemanha, alcançaram um marco significativo ao desenvolver um acelerador de partículas plenamente funcional, com aceleração real de elétrons, totalmente integrado e contido em um chip. Essa inovação promete revolucionar a eficiência e acessibilidade dessa tecnologia.

O microacelerador, com dimensões de 500 micrômetros de comprimento e 225 nanômetros de largura (0,5 milímetro), alcançou um feito notável ao acelerar elétrons de 28,4 keV para 40,7 keV, representando um ganho de 43% em energia. Em comparação, o extenso acelerador LHC na Europa possui 27 km de comprimento.

Este avanço em aceleradores de chips abre portas para aplicações revolucionárias, como a possibilidade de integrar um acelerador de partículas em um endoscópio para administrar radioterapia diretamente nas áreas afetadas do corpo, oferecendo perspectivas inovadoras, especialmente em tratamentos contra o câncer.

A aceleração das partículas em distâncias tão reduzidas foi alcançada pela combinação de duas técnicas inovadoras. A primeira, chamada focalização de fase alternada, utiliza um laser para guiar e fornecer energia aos elétrons ao longo do acelerador. A segunda emprega um sistema de nanoestruturas geométricas em forma de pilar, que focaliza e libera repetidamente as ondas eletrônicas. Embora estruturas semelhantes já sejam comuns na fotônica, a equipe teve que desenvolver projetos especiais para obter um ganho real de aceleração.

Esta conquista inicial de ganho real em um acelerador miniaturizado representa apenas o ponto de partida. O próximo desafio é aumentar significativamente o ganho de energia e corrente dos elétrons, visando tornar o acelerador de partículas em chip viável para aplicações médicas. Para atingir esse objetivo, será necessário aumentar o ganho de energia em aproximadamente 100 vezes. Tomás Chlouba antecipa que para alcançar correntes de elétrons mais altas com energias mais elevadas, será necessário expandir as estruturas ou posicionar vários canais próximos uns dos outros.

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