Os aceleradores de partículas geram feixes de elétrons de alta energia, prótons e íons para uma ampla gama de aplicações, incluindo aceleradores de partículas que lançam luz sobre os componentes subatômicos da natureza, Lasers de raios-X que filmam átomos e moléculas durante reações químicas e dispositivos médicos para o tratamento do câncer.

Como um princípio básico, quanto mais longo o acelerador, mais poderoso ele é. Agora, uma equipe liderada por cientistas do Laboratório Nacional de Aceleradores SLAC do Departamento de Energia inventou um novo tipo de estrutura de acelerador que oferece um ganho de energia 10 vezes maior em uma determinada distância do que os convencionais. Isso pode tornar os aceleradores usados ​​para um determinado aplicativo 10 vezes mais curtos.

A ideia principal por trás da tecnologia, descrito em um artigo recente em Cartas de Física Aplicada , é usar radiação terahertz para aumentar a energia das partículas.

Nos aceleradores de hoje, partículas extraem energia de um campo de radiofrequência (RF) alimentado em estruturas aceleradoras com formato específico, ou cáries. Cada cavidade pode fornecer apenas um impulso de energia limitado em uma determinada distância, portanto, longas cadeias de cavidades são necessárias para produzir feixes de alta energia.

Terahertz e ondas de rádio são radiação eletromagnética; eles diferem em seus respectivos comprimentos de onda. Como as ondas terahertz são 10 vezes mais curtas que as ondas de rádio, cavidades em um acelerador terahertz também podem ser muito menores. Na verdade, o inventado neste estudo tinha apenas 0,2 polegada de comprimento.

Um grande desafio para construir essas estruturas de cavidades minúsculas é usiná-las com muita precisão. Ao longo dos últimos anos, As equipes do SLAC desenvolveram uma maneira de fazer exatamente isso. Em vez de usar o processo tradicional de empilhar muitas camadas de cobre umas sobre as outras, eles construíram a estrutura minuciosa usinando duas metades e unindo-as.

A nova estrutura também produz pulsos de partículas mil vezes mais curtos do que aqueles que saem de estruturas convencionais de cobre, que poderia ser usado para produzir feixes que pulsam em uma taxa mais alta e liberam mais energia em um determinado período de tempo.

Próximo, os pesquisadores estão planejando transformar a invenção em um canhão de elétrons - um dispositivo que poderia produzir feixes de elétrons incrivelmente brilhantes para a ciência de descoberta, incluindo lasers de raios X de última geração e microscópios eletrônicos que nos permitiriam ver em tempo real como a natureza funciona no nível atômico. Esses feixes também podem ser usados ​​para o tratamento do câncer.

A concretização desse potencial também requer um maior desenvolvimento de fontes de radiação terahertz e sua integração com aceleradores avançados, como o descrito neste estudo. Como a radiação terahertz tem um comprimento de onda tão curto, suas fontes são particularmente desafiadoras para desenvolver, e há pouca tecnologia disponível no momento. Os pesquisadores do SLAC estão buscando tanto a geração de feixe de elétrons quanto a geração de terahertz baseada em laser para fornecer as altas potências de pico necessárias para transformar suas pesquisas de aceleradores em futuras aplicações do mundo real.