p Um método promissor para produzir e observar na Terra um processo importante para os buracos negros, explosões de supernovas e outros eventos cósmicos extremos foram propostos por cientistas do Departamento de Ciências Astrofísicas da Universidade de Princeton, SLAC National Acceleraor Laboratory, e o Laboratório de Física de Plasma de Princeton (PPPL) do Departamento de Energia dos EUA (DOE). O processo, chamadas de cascatas eletrodinâmicas quânticas (QED), pode levar a supernovas - estrelas em explosão - e explosões rápidas de rádio que equivalem em milissegundos à energia que o sol emite em três dias. p Primeira demonstração

p Os pesquisadores produziram a primeira demonstração teórica de que a colisão de um laser de laboratório com um feixe de elétrons denso pode produzir cascatas QED de alta densidade. “Mostramos que o que se pensava ser impossível é de fato possível, "disse Kenan Qu, autor principal de um artigo na Physical Review Letters (PRL) que descreve a demonstração de inovação. "Isso, por sua vez, sugere como efeitos coletivos não observados anteriormente podem ser sondados com as tecnologias de laser e feixe de elétrons de última geração existentes."

p O processo se desenrola de maneira direta. A colisão de um forte pulso de laser com um feixe de elétrons de alta energia divide o vácuo em pares elétron-pósitron de alta densidade que começam a interagir um com o outro. Essa interação cria os chamados efeitos de plasma coletivos que influenciam como os pares respondem coletivamente a campos elétricos ou magnéticos.

p Plasma, o calor, estado carregado de matéria composta de elétrons livres e núcleos atômicos, compõe 99 por cento do universo visível. O plasma alimenta reações de fusão que alimentam o sol e as estrelas, um processo que o PPPL e cientistas de todo o mundo estão buscando desenvolver na Terra. Os processos plasmáticos em todo o universo são fortemente influenciados por campos eletromagnéticos.

p O artigo da PRL enfoca a força eletromagnética do laser e a energia do feixe de elétrons que a teoria reúne para criar cascatas de QED. "Procuramos simular as condições que criam pares elétron-pósitron com densidade suficiente para produzir efeitos coletivos mensuráveis ​​e ver como verificar esses efeitos de forma inequívoca, "Qu disse.

p As tarefas exigiam descobrir a assinatura da criação de plasma bem-sucedida por meio de um processo QED. Os pesquisadores encontraram a assinatura na mudança de um laser moderadamente intenso para uma frequência mais alta, causada pela proposta de enviar o laser contra um feixe de elétrons. "Essa descoberta resolve o problema conjunto de produzir o regime de plasma QED mais facilmente e observá-lo com mais facilidade, "Disse Qu." A quantidade de deslocamento varia dependendo da densidade do plasma e da energia dos pares. "

p Além das capacidades atuais

p A teoria mostrou anteriormente que lasers ou campos elétricos ou magnéticos suficientemente fortes poderiam criar pares QED. Mas as magnitudes necessárias são tão altas que vão além das capacidades atuais do laboratório.

p Contudo, "Acontece que a tecnologia atual em lasers e feixes relativísticos [que viajam perto da velocidade da luz], se co-localizado, é suficiente para acessar e observar este regime, "disse o físico Nat Fisch, professor de ciências astrofísicas e diretor associado de assuntos acadêmicos do PPPL, e co-autor do artigo da PRL e investigador principal do projeto. "Um ponto chave é usar o laser para desacelerar os pares para que sua massa diminua, aumentando assim a sua contribuição para a frequência do plasma e tornando maiores os efeitos coletivos do plasma, "Fisch disse." Colocar as tecnologias atuais é muito mais barato do que construir lasers superintensos, " ele disse.

p Este trabalho foi financiado por doações da National Nuclear Security Administration e do Air Force Office of Scientific Research. Os pesquisadores agora estão se preparando para testar as descobertas teóricas no SLAC da Universidade de Stanford, onde um laser moderadamente forte está sendo desenvolvido e a fonte de feixes de elétrons já está lá. O físico Sebastian Meuren, co-autora do artigo e ex-visitante de pós-doutorado do PPPL que agora está no SLAC, está centralmente envolvida neste esforço.

p "Como a maioria da física fundamental, esta pesquisa é para satisfazer nossa curiosidade sobre o universo, "Qu disse." Para a comunidade em geral, um grande impacto é que podemos economizar bilhões de dólares em receitas fiscais se a teoria puder ser validada. "