O Grande Colisor de Hádrons no CERN na Suíça, o maior acelerador do mundo, tem uma circunferência de cerca de 26 quilômetros. Pesquisadores da Friedrich-Alexander Universität Erlangen-Nürnberg (FAU), Alemanha, estão tentando ir ao outro extremo, construindo o menor acelerador do mundo - aquele que cabe em um microchip. A equipe de pesquisa deu agora mais um passo para alcançar essa ambição.

A ideia fundamental é permitir que os cientistas usem feixes de laser para acelerar os elétrons. O que parece aparentemente simples na teoria levanta toda uma série de desafios na prática, estendendo-se por vários campos da física. Por exemplo, os cientistas precisam ser capazes de controlar a oscilação da luz e o movimento dos elétrons com grande precisão para garantir que eles se encontrem no momento certo.

Uma maneira de imaginar isso é imaginar um navio em um mar tempestuoso; para subir com segurança uma onda e descer do outro lado, o timoneiro deve observar a onda que se aproxima e julgar quando ela encontrará o navio. É igualmente crucial para a equipe de cientistas da FAU determinar quando e onde a crista máxima de uma onda de luz atingirá um pacote de elétrons para que eles possam influenciar o resultado em um grau altamente específico. Isso significa que eles precisam permitir que a luz e os elétrons coincidam em 'attossegundos', ou seja, um bilionésimo de um bilionésimo de um segundo.

Em um primeiro excitante, isso é exatamente o que o grupo de pesquisa liderado pelo Dr. Peter Hommelhoff conseguiu. A equipe desenvolveu uma nova técnica envolvendo a interseção de dois feixes de laser oscilando em frequências diferentes, a fim de gerar um campo óptico cujas propriedades os pesquisadores podem influenciar com um grau extremamente preciso. A propriedade principal deste campo óptico é que ele retém o contato com os elétrons, movendo-se efetivamente com eles - uma onda viajante - para que os elétrons possam sentir continuamente, ou 'surfar, 'o campo óptico. Desta maneira, o campo óptico transmite suas propriedades exatamente às partículas.

Este processo não só faz com que as partículas reflitam com precisão a estrutura do campo, também os acelera a um grau surpreendentemente alto. Este efeito é crucial para o acelerador de partículas em miniatura, no que se refere a quanta energia pode ser transferida para os elétrons e em que distância. O gradiente de aceleração, que indica o ganho máximo de energia do elétron medido em relação à distância percorrida, atinge o valor extremamente alto de 2,2 giga-elétron-volts por metro, muito superior ao alcançado por aceleradores convencionais. Contudo, a distância de aceleração de apenas 0,01 milímetros atualmente disponível para a equipe de pesquisa em Erlangen não é suficiente para gerar a energia necessária para aplicações práticas. "Apesar disso, para aceleradores de partículas na medicina, precisaríamos apenas de um pequeno comprimento de aceleração de menos de um milímetro, "explica o Dr. Martin Kozák, quem realizou o experimento de laboratório.

O líder do projeto, Prof. Dr. Peter Hommelhoff, da FAU, considera a miniaturização de aceleradores uma revolução técnica análoga à miniaturização de computadores. "Esperamos que esta abordagem nos permita tornar esta técnica inovadora de aceleração de partículas utilizável em uma variedade de áreas de pesquisa e campos de aplicação, como ciência dos materiais, biologia e medicina - um exemplo pode ser a terapia com partículas para pacientes com câncer. "