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Se um acelerador de partículas sozinho não é suficiente para alcançar o resultado desejado, por que não combinar dois aceleradores? Uma equipe internacional liderada por físicos do Centro de Aplicações de Laser Avançado (CALA) da LMU Munich implementou essa ideia. Ele combinou dois métodos de aceleração baseados em plasma para elétrons, ou seja, um acelerador de wakefield acionado por laser (LWFA) com um acelerador de wakefield acionado por feixe de partículas (PWFA). Com essa combinação, os físicos obtêm melhor estabilidade e maior densidade de partículas para feixes de elétrons do que com apenas um único acelerador de plasma. O conceito inovador, portanto, abre novas perspectivas para a aceleração de partículas baseada em plasma.
A aceleração de wakefield baseada em plasma é considerada uma forte candidata para a próxima geração de aceleradores de partículas. Em tal máquina, um condutor intenso se move através de uma mistura de partículas de íons e elétrons livres chamada plasma. O driver, que é um pulso de laser intenso ou um pulso curto e muito intenso de partículas de alta energia, desloca os elétrons do plasma que ficam em seu caminho. Semelhante a um barco em um lago, a matéria deslocada flui de volta à sua posição inicial atrás do motorista. No rastro resultante atrás do motorista, os elétrons podem, por sua vez, surfar e atingir energias na faixa de gigaeletronvolts dentro de alguns milímetros. Devido aos enormes campos de aceleração, no entanto, esses aceleradores de plasma são difíceis de domar.
Os físicos de laser do CALA demonstraram experimentalmente que, combinando um acelerador de plasma acionado por laser e um por feixe de elétrons, é possível obter maior estabilidade e densidade de partícula do que é possível com um único estágio de acelerador acionado por laser. Nesta abordagem “híbrida”, feixes de elétrons com uma alta corrente de pico são gerados em um primeiro acelerador de campo de vigília acionado por laser. Esses elétrons servem como um driver para o acelerador de wakefield acionado por partículas, no qual novamente os elétrons são acelerados. A estabilidade do feixe de elétrons recém-gerado é muito maior, pois o segundo estágio do acelerador é muito menos sensível a flutuações inevitáveis do driver. A abordagem híbrida combina as vantagens dos dois tipos de drivers complementares para aceleradores baseados em plasma.
A estabilidade e alta densidade de carga dos feixes de elétrons gerados é um pré-requisito fundamental para a geração de raios X brilhantes por meio de vários mecanismos. Por um lado, os feixes de elétrons de baixa divergência e banda estreita são ideais para a geração de raios-X duros por retroespalhamento de Thomson, que podem ser usados para imagens médicas. Por outro lado, a alta qualidade do feixe deve permitir novas aplicações desafiadoras, como lasers de elétrons livres (FELs) baseados em plasma. Tal radiação FEL poderia ser usada no futuro para estudar fenômenos ultrarrápidos em sólidos com resolução espacial e temporal atômica.
Fonte da história:
Materiais fornecidos por Ludwig-Maximilians-Universität München. Observação: o conteúdo pode ser editado quanto ao estilo e tamanho.
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