Tecnologia Científica
Jateador de partículas de mesa: como pequenos bicos e lasers podem substituir aceleradores gigantes
Feixes de prótons com energias de giga-elétron-volt (GeV) — antes considerados possíveis apenas com aceleradores de partículas massivos — podem em breve ser gerados em configurações compactas...
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Universidade de Osaka - 02/06/2025
Ilustração conceitual da aceleração por microbico (MNA). Uma haste de hidrogênio sólido é incorporada a um microbico de alumínio, que canaliza e concentra o fluxo de plasma para otimizar a aceleração de prótons. Crédito: Masakatsu Murakami
Feixes de prótons com energias de giga-elétron-volt (GeV) — antes considerados possíveis apenas com aceleradores de partículas massivos — podem em breve ser gerados em configurações compactas graças a uma descoberta de pesquisadores da Universidade de Osaka.
Uma equipe liderada pelo professor Masakatsu Murakami desenvolveu um novo conceito chamado aceleração de microbocal (MNA). Ao projetar um microalvo com pequenas características semelhantes a um bocal e irradiá-lo com pulsos de laser ultraintensos e ultracurtos, a equipe demonstrou com sucesso — por meio de simulações numéricas avançadas — a geração de feixes de prótons de alta qualidade da classe GeV: uma conquista inédita no mundo.
O artigo "Geração de feixes de prótons giga-elétron-volt por aceleração de microbicos" foi publicado na Scientific Reports .
Ao contrário dos métodos tradicionais de aceleração baseados em laser, que utilizam alvos planos e atingem limites de energia abaixo de 100 megaelétron-volt (MeV), a estrutura do microbico permite a aceleração sustentada e gradual de prótons dentro de um poderoso campo elétrico quase estático criado dentro do alvo. Este novo mecanismo permite que as energias dos prótons excedam 1 GeV, com excelente qualidade e estabilidade do feixe .
"Esta descoberta abre uma nova porta para a aceleração de partículas compactas e de alta eficiência", afirma o Prof. Murakami. "Acreditamos que este método tem o potencial de revolucionar áreas como a energia de fusão a laser , a radioterapia avançada e até mesmo a astrofísica em escala laboratorial."
Conceito de aceleração por microbico (MNA). O alvo MNA utiliza um microbico que abriga uma haste de hidrogênio sólida (haste H), posicionada precisamente perto do gargalo do bico para maximizar o rendimento de prótons. Atuando como uma "lente de potência", o microbico concentra a energia do laser incidente na haste H, permitindo uma deposição de energia eficiente e localizada. Essa configuração aumenta significativamente a aceleração de prótons perto da saída do bico, superando configurações sem a estrutura do bico. Crédito: Scientific Reports (2025). DOI: 10.1038/s41598-025-03385-x
As implicações são de longo alcance:
Energia: Suporta esquemas de ignição rápida em fusão nuclear acionada por laser.
Medicina: Permite sistemas mais compactos e precisos para terapia de prótons contra o câncer.
Ciência fundamental: Cria condições para simular ambientes astrofísicos extremos e sondar a matéria sob campos magnéticos ultrafortes.
O estudo, baseado em simulações realizadas no supercomputador SQUID da Universidade de Osaka, marca a primeira demonstração teórica de aceleração de prótons GeV compactos usando alvos microestruturados.
Mais informações: M. Murakami et al., Geração de feixes de prótons giga-elétron-volt por aceleração de microbico, Scientific Reports (2025). DOI: 10.1038/s41598-025-03385-x
Informações do periódico: Scientific Reports
