p Os operadores do acelerador podem realizar acrobacias incríveis com feixes de partículas, mais recentemente no Super Proton Synchrotron (SPS), O segundo maior acelerador do CERN. Pela primeira vez, eles injetaram com sucesso um feixe de partículas de xenônio parcialmente ionizadas no SPS e o aceleraram. Antes de serem injetados no SPS, esses átomos foram despojados de 39 de seus 54 elétrons. p Durante o primeiro teste, que aconteceu em setembro, o feixe foi injetado no anel SPS e circulou por cerca de um segundo. Agora, o feixe foi acelerado pela primeira vez, atingindo uma energia de 81,6 gigaeletronvolts (GeV) por nucleon.

p O que torna esse desempenho tão notável é que esses feixes de átomos de xenônio parcialmente ionizados são extremamente frágeis e têm uma vida útil muito curta. Se um átomo perder apenas um de seus 15 elétrons, ele muda de órbita e se perde. "O vácuo do SPS não é tão alto quanto o do LHC. As moléculas de gás residual presentes na câmara de vácuo perturbam o feixe, o que explica por que ele é perdido rapidamente, "diz Reyes Alemany, quem é responsável pelos testes SPS. "Mas manter o feixe funcionando por um ciclo no SPS já é um resultado muito promissor!"

p Então, por que os físicos do acelerador estão fazendo experiências com esses átomos? É para testar uma ideia nova:uma fonte de alta intensidade de raios gama (fótons com energias na faixa do megaeletronvolt (MeV)). Esta fábrica gama, como é conhecido, geraria fótons de até 400 MeV em energia e em intensidades comparáveis ​​às dos síncrotrons ou lasers de elétrons livres de raios-X (XFELs). Os XFELs produzem feixes de raios-X de alta intensidade - isto é, fótons com energia inferior a cerca de 100 kiloeletronvolts (keV).

p "Uma fonte desse tipo abriria caminho para estudos nunca feitos antes em física fundamental, nos campos da eletrodinâmica quântica ou pesquisa de matéria escura, "explica Witold Krasny, um físico do CNRS e associado do CERN que fundou o projeto e lidera o grupo de trabalho. "Ele também abre as portas para aplicações industriais e médicas." Ele poderia até servir como uma bancada de teste para uma futura fábrica de neutrinos ou colisor de múons.

p O princípio é acelerar átomos parcialmente ionizados e então excitá-los usando um laser. Conforme eles voltam ao seu estado estável, os átomos liberam fótons de alta energia.

p A equipe aproveitou a presença do xenônio no complexo do acelerador para realizar este primeiro teste sem interromper os outros programas de física em andamento. Próximo ano, durante a execução de íons pesados ​​do LHC, a equipe vai repetir o experimento usando átomos de chumbo ionizados, que será despojado de todos, exceto um ou dois elétrons. Esses feixes serão muito mais estáveis; ter menos elétrons significa que os átomos correm menos risco de perdê-los. Além disso, seus elétrons são encontrados apenas na camada "K", o mais próximo do núcleo, e, portanto, têm uma ligação mais forte com o núcleo do que nos átomos de xenônio. Os feixes de íons pesados ​​poderiam ser acelerados primeiro no SPS e depois no LHC.

p O projeto da fábrica gama faz parte do estudo Physics Beyond Colliders, que foi lançado em 2016 com o objetivo de investigar todos os possíveis experimentos sem colisor, particularmente aqueles que poderiam ser feitos usando o complexo de acelerador do CERN. Espera-se que centenas de cientistas participem da conferência anual Physics Beyond Colliders no CERN no final de novembro.