Nas profundezas do espaço, existem corpos celestes onde prevalecem condições extremas:estrelas de nêutrons em rotação rápida geram campos magnéticos superfortes. E buracos negros, com sua enorme atração gravitacional, pode causar enorme, jatos energéticos de matéria disparados para o espaço. Uma equipe internacional de física com a participação do Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf (HZDR) propôs agora um novo conceito que pode permitir que alguns desses processos extremos sejam estudados em laboratório no futuro:Uma configuração especial de dois de alta intensidade feixes de laser podem criar condições semelhantes às encontradas perto de estrelas de nêutrons. No processo de descoberta, um jato de antimatéria é gerado e acelerado de forma muito eficiente. Os especialistas apresentam seu conceito na revista Física das Comunicações

A base do novo conceito é um pequeno bloco de plástico, entrecruzados por canais finos de micrômetro. Ele atua como um alvo para dois lasers. Eles disparam simultaneamente pulsos ultra-fortes no bloco, um da direita, o outro da esquerda - o bloco é literalmente levado por pinças de laser. "Quando os pulsos de laser penetram na amostra, cada um deles acelera uma nuvem de elétrons extremamente rápidos, "explica o físico do HZDR, Toma Toncian." Essas duas nuvens de elétrons então correm uma em direção à outra com força total, interagindo com o laser propagando-se na direção oposta. "A seguinte colisão é tão violenta que produz um número extremamente grande de gama quanta - partículas de luz com uma energia ainda maior do que a dos raios-X.

O enxame de gamma quanta é tão denso que as partículas de luz inevitavelmente colidem umas com as outras. E então algo louco acontece:de acordo com a famosa fórmula de Einstein, E =mc ² , a energia da luz pode se transformar em matéria. Nesse caso, principalmente pares elétron-pósitron devem ser criados. Os pósitrons são as antipartículas dos elétrons. O que torna este processo especial é que "campos magnéticos muito fortes o acompanham, "descreve o líder do projeto Alexey Arefiev, um físico da Universidade da Califórnia em San Diego. "Esses campos magnéticos podem concentrar os pósitrons em um feixe e acelerá-los fortemente." Em números:a uma distância de apenas 50 micrômetros, as partículas devem atingir uma energia de um gigaeletronvolt (GeV) - um tamanho que geralmente requer um acelerador de partículas totalmente desenvolvido.

Simulação de computador com sucesso

Para ver se a ideia incomum funcionaria, a equipe o testou em uma elaborada simulação de computador. Os resultados são encorajadores; em princípio, o conceito deve ser viável. "Fiquei surpreso que os pósitrons que foram criados no final foram formados em um feixe de alta energia e feixe na simulação, "Arefiev diz alegremente. Além do mais, o novo método deve ser muito mais eficiente do que as ideias anteriores, em que apenas um único pulso de laser é disparado em um alvo individual:De acordo com a simulação, o "ataque duplo do laser" deve ser capaz de gerar até 100, 000 vezes mais pósitrons do que o conceito de tratamento único.

"Também, no nosso caso, os lasers não teriam que ser tão poderosos quanto em outros conceitos, "Toncian explica." Isso provavelmente tornaria a ideia mais fácil de colocar em prática. " existem poucos lugares no mundo onde o método pode ser implementado. O mais adequado seria ELI-NP (Extreme Light Infrastructure Nuclear Physics), uma instalação de laser única na Romênia, amplamente financiado pela União Europeia. Ele tem dois lasers ultra-poderosos que podem disparar simultaneamente em um alvo - o requisito básico para o novo método.

Primeiros testes em Hamburgo

Testes preliminares essenciais, Contudo, poderia ocorrer em Hamburgo com antecedência:The European XFEL, o laser de raios-X mais poderoso do mundo, está localizado lá. O HZDR desempenha um papel importante nesta instalação de grande escala:lidera um consórcio de usuários chamado HIBEF, que tem como alvo a matéria em estados extremos há algum tempo. "No HIBEF, colegas do HZDR, junto com o Instituto Helmholtz em Jena, estão desenvolvendo uma plataforma que pode ser usada para testar experimentalmente se os campos magnéticos realmente se formam como nossas simulações prevêem, "explica Toma Toncian." Isso deve ser fácil de analisar com os poderosos flashes de raios-X do XFEL europeu. "

Para astrofísica, bem como física nuclear, a nova técnica pode ser extremamente útil. Afinal, alguns processos extremos no espaço também podem produzir grandes quantidades de gama quanta, que então rapidamente se materializam em pares de alta energia. "É provável que tais processos ocorram, entre outros, na magnetosfera dos pulsares, ou seja, de estrelas de nêutrons em rotação rápida, "diz Alexey Arefiev." Com nosso novo conceito, tais fenômenos poderiam ser simulados em laboratório, pelo menos até certo ponto, o que nos permitiria entendê-los melhor. "