Artigo sobre investigação de Meirielen Caetano de Sousa, pós-doutorado no Instituto de Física da Universidade de São Paulo (IF-USP) no Brasil, é destacado como Escolha do Editor na edição de setembro da Física dos Plasmas , publicado pelo American Institute of Physics com a cooperação da The American Physical Society. O papel, intitulado "Interações onda-partícula em um tubo de onda viajando longa com hélice atualizada", é assinado por Sousa, Iberê Caldas, seu supervisor no IF-USP, e colaboradores da Aix-Marseille University na França, onde Sousa fez estágio de pesquisa com bolsa da FAPESP (Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo) e CAPES, Conselho de Pesquisa Superior do Ministério da Educação do Brasil.

O foco da pesquisa de Sousa era um estudo experimental das interações elétron-plasma. Como o plasma é um meio com ruído de fundo substancial, condições análogas às do plasma foram simuladas no vácuo pelo uso de ondas eletromagnéticas curtas que se propagam em um tubo de onda viajante ou TWT.

"TWTs são dispositivos nos quais as ondas eletromagnéticas interagem com os feixes de elétrons, "Sousa explicou." TWTs industriais têm entre 2 cm e 30 cm de comprimento e são usados ​​principalmente para amplificar sinais de radiofrequência em comunicações espaciais. O TWT da Aix-Marseille University tem 4 m de comprimento e foi especialmente projetado para pesquisas em física de plasma com baixíssimo nível de ruído. Atualmente é o único de seu tipo em operação no mundo. "

As ondas são produzidas em frequências que variam de 10 a 100 megahertz (a região intermediária da banda de rádio do espectro eletromagnético) por um gerador de forma de onda e se propagam através de uma hélice acoplada ao eixo horizontal do TWT. A hélice foi recentemente atualizada para torná-la o mais regular possível. Sousa participou da atualização, e seu estudo não teria sido possível sem ele. Em sua configuração anterior, o TWT era menos preciso devido a pequenas variações no pitch da hélice e, portanto, na forma de onda gerada.

"Na primeira parte do estudo, analisamos a propagação da onda sem o feixe de elétrons, - disse Sousa. - Encontramos excelente concordância entre as previsões teóricas e os dados experimentais. Isso significa que o modelo teórico estava produzindo previsões precisas e que o dispositivo estava funcionando perfeitamente. "

Mas as descobertas realmente importantes foram produzidas na segunda parte, que consistiu em uma investigação da interação entre a onda eletromagnética e o feixe de elétrons. “Observamos a troca de energia entre a onda e os elétrons, "Sousa disse." Os elétrons viajam um pouco mais rápido do que a velocidade de fase da onda e transmitem esse diferencial de energia cinética para a onda, aumentando sua amplitude. Quando a onda atinge a amplitude máxima, começa a oscilar, subindo e descendo, e os elétrons estão presos no potencial de onda, com suas velocidades variando em torno da velocidade da fase da onda. Eles transferem energia para a onda e, em seguida, recebem energia da onda. "

Para valores baixos de corrente elétrica, ela adicionou, o fenômeno corresponde às previsões da teoria linear, mas quando os valores atuais são altos, os elétrons interagem não apenas com a onda, mas também entre si. Isso resulta em efeitos não lineares não mais alinhados com as previsões teóricas.

"Estudar esses efeitos é um dos objetivos dos experimentos futuros que estamos planejando, "Disse Sousa." Outro está estudando feixes não monocinéticos, em que os elétrons viajam em velocidades diferentes, e a interação entre esses feixes e um amplo espectro de ondas, o que significa várias ondas que se propagam ao mesmo tempo dentro do dispositivo. "

O estudo concluído e os experimentos planejados estão no campo da ciência básica, investigar a precisão da teoria da fronteira e fenômenos ainda não descritos adequadamente pelo modelo teórico. Possíveis aplicações tecnológicas estão no horizonte, Contudo. "Uma aplicação mais imediata seria a atualização de TWTs industriais. Uma mais ambiciosa seria contribuir para a atualização de outros dispositivos que usam a interação entre ondas eletromagnéticas e partículas eletricamente carregadas, como aceleradores de partículas, por exemplo, "Disse Sousa.

Para além da bolsa de estágio de investigação no estrangeiro atribuída a Sousa, A FAPESP apoiou o estudo com bolsa direta de doutorado e pós-doutorado, também atribuído a Sousa; e um Projeto Temático sobre "Dinâmica não linear", liderado por Caldas.