Minúsculo! Físicos construíram um acelerador de partículas menor que uma moeda

Físicos divulgaram na Nature que construíram um acelerador de partículas que é menor do que uma moeda. Esse é considerado o menor acelerador de partículas do mundo.

O menor acelerador de partículas do mundo é menor que uma moeda
O menor acelerador de partículas do mundo é menor que uma moeda. Crédito: FAU/Laser Physics

Quando pensamos em aceleradores de partículas, pensamos logo em estruturas gigantes custando bilhões de dólares. O LHC é o exemplo mais conhecido e ele é tão grande que atravessa até mesmo bordas entre países, França e Suíça.

Porém, aceleradores de partículas são consideravelmente comuns em diferentes laboratórios de Física e até mesmo em hospitais. Há aceleradores de partículas de diferentes tamanhos desde que cabem em uma sala de tratamento em um hospital até os maiores usados para experimentos.

Recentemente, físicos publicaram na Nature que conseguiram criar um acelerador de partículas menor até mesmo que uma moeda. A ideia é que o mini-acelerador possa ser usado para aplicações tecnológicas como a criação de chips e componentes de computadores e celulares.

As componentes do átomo

Desde o início do século XX, popularizou dentro da Física a área de Física de Partículas. O principal objetivo da área era estudar as componentes do átomo, ficando cada vez menores e mais difíceis de serem acessadas.

Foi durante o século XX e os experimentos de diferentes físicos que o Modelo Padrão de Partículas foi sendo estruturado e se tornaria o modelo mais bem sucedido Física.

De início, o método mais comum era utilizar a luz para conseguir observar a estrutura do átomo. Porém, quanto as componentes começaram a ficar cada vez menores, era necessário uma técnica que fosse capaz de desmontar o átomo.

Por que acelerar partículas?

Desmontar o átomo para alcançar suas componentes menores se tornou o grande desafio para os físicos. Como quebrar algo tão pequeno? A resposta é simples: basta atirar um átomo sobre o outro para quebrá-los. O resultado da destruição seria as menores componentes.

Daí nascia a ideia de acelerar partículas. Basta acelerar uma em direção à outra e vê-las se espatifando. Com o tempo, a tecnologia foi melhorando e hoje é possível ver esse experimento através de computadores, como foi o caso do bóson de Higgs em 2013.

Linha reta ou circular?

A outra pergunta se torna em como acelerar essas partículas. O mais simples é colocar um campo magnético que tenha capacidade de acelerar prótons ou elétrons que são colocados no acelerador. Há duas formas de fazer isso: linearmente ou circularmente.

Os aceleradores lineares possuem campos magnéticos que aceleram a partícula através de uma espécie de tubo. É comum que o alvo esteja fixo enquanto outras partículas são arremessadas nele. Porém, é possível fazer com que as duas sejam aceleradas.

Já os aceleradores circulares, fazem com que as partículas fiquem em uma órbita circular passando várias vezes pelo campo magnético até pegar energia cinética o suficiente. Dessa forma, os feixes passam e podem colidir com uma energia alta. Esse é o caso do LHC.

LHC

O LHC é o maior acelerador de partículas do mundo e está localizado na fronteira entre França e Suíça. Ele foi construído com o objetivo de entender a origem da massa das partículas, ou seja, estudar a fundo as partículas elementares.

Uma parte do LHC que tem extensão que atravessa a borda entre França e Suíça.
Uma parte do LHC que tem extensão que atravessa a borda entre França e Suíça. Crédito: CERN

A descoberta mais famosa do LHC foi bóson de Higgs em 2013 que confirmou a existência de uma partícula prevista desde a década de 60. Isso colocou o Modelo Padrão como um modelo bem sucedido.

Desde o ano passado, o LHC está na sua terceira etapa que tem previsão para terminar em 2026. Diversas partículas como quarks e hádrons já foram encontradas no LHC. Agora o objetivo está para entender melhor o bóson de Higgs.

Aplicações cotidianas

Apesar de serem usados para descobertas científicas, aceleradores de partículas também possuem aplicações no nosso dia a dia. Um exemplo antigo é no tubo de televisões que aceleram elétrons até atingirem a tela.

Outra aplicação interessante é na nanotecnologia e na criação de chips e outras componentes de equipamentos eletrônicos. Aceleradores de partículas também são usados em hospitais que vão desde tratamentos de câncer até a esterilização de roupas hospitalares.

Menor acelerador de partículas

Com essas aplicações consideradas mais “cotidianas” em mente, um grupo de físicos se propôs a criar o menor acelerador de partículas do mundo. Ele possui um tamanho menor que de uma moeda e é um acelerador linear.

Elétrons são gerados e acelerados por campos elétricos criados por pilares de silício de 2 micrômetros.

A estrutura é extremamente pequena e funciona como componentes da ordem de micrômetros. Todo o equipamento caberia facilmente em cima de uma moeda. Agora o objetivo dos físicos é tentar fazer ser aplicável.

O desafio agora

O grande problema do menor acelerador é que ele é muito pequeno para ter alguma aplicação atualmente. Aumentar a geração de elétrons pode representar um risco porque a força elétrica entre eles pode intensificar e se repelirem.

No entanto, é importante que essa tecnologia já exista porque aceleradores cada vez menores serão essenciais nos próximos anos. Chips estão cada vez menores indicando que a nanotecnologia pode dominar e essa tecnologia só tem a beneficiar a nanotecnologia.