Recentemente, cientistas ativaram pela primeira vez o menor acelerador de partículas do mundo. Este pequeno triunfo tecnológico, que tem aproximadamente o tamanho de uma pequena moeda, pode abrir portas para uma ampla gama de aplicações, incluindo o uso de aceleradores de partículas em pacientes humanos124.

O novo dispositivo, conhecido como acelerador de elétrons nanofotônico (NEA), consiste em um pequeno microchip que abriga um tubo de vácuo ainda menor, composto por milhares de “pilares” individuais. Os pesquisadores podem acelerar elétrons disparando mini feixes de laser nesses pilares124. O tubo de aceleração principal tem aproximadamente 0,02 polegadas (0,5 milímetros) de comprimento, o que é 54 milhões de vezes menor que o anel de 16,8 milhas (27 quilômetros) que compõe o Grande Colisor de Hádrons (LHC) do CERN na Suíça – o maior e mais poderoso acelerador de partículas do mundo, que descobriu uma série de novas partículas, incluindo o bóson de Higgs (ou partícula de Deus), neutrinos fantasmagóricos, o méson charme e a misteriosa partícula X124.

Em um novo estudo, publicado em 18 de outubro na revista Nature, pesquisadores da Universidade Friedrich-Alexander de Erlangen-Nuremberg (FAU) na Alemanha usaram o pequeno dispositivo para acelerar elétrons de um valor de energia de 28,4 kiloelectron volts para 40,7 keV, o que representa um aumento de cerca de 43%124.

Acelerador de Partículas em um Microchip

Esta é a primeira vez que um acelerador de elétrons nanofotônico, que foi proposto pela primeira vez em 2015, foi disparado com sucesso, escreveram os pesquisadores em um comunicado124. “Pela primeira vez, podemos realmente falar sobre um acelerador de partículas em um microchip”, disse o co-autor do estudo Roy Shiloh, físico da FAU, em um comunicado124.

O LHC usa mais de 9.000 ímãs para criar um campo magnético que acelera partículas a cerca de 99,9% da velocidade da luz. O NEA também cria um campo magnético, mas funciona disparando feixes de luz nos pilares no tubo de vácuo; isso amplifica a energia de maneira adequada, mas o campo de energia resultante é muito mais fraco124.

Aplicações Futuras e Desafios

Os elétrons acelerados pelo NEA têm apenas cerca de um milionésimo da energia que as partículas aceleradas pelo LHC têm. No entanto, os pesquisadores acreditam que podem melhorar o design do NEA usando materiais alternativos ou empilhando vários tubos um ao lado do outro, o que poderia acelerar ainda mais as partículas124.

O principal objetivo de criar esses aceleradores é utilizar a energia emitida pelos elétrons acelerados em tratamentos médicos direcionados que podem substituir formas mais prejudiciais de radioterapia, que é usada para matar células cancerígenas124. “A aplicação dos sonhos seria colocar um acelerador de partículas em um endoscópio para poder administrar radioterapia diretamente na área afetada dentro do corpo”, escreveu o autor principal do estudo, Tomáš Chlouba, físico da FAU, em um comunicado. No entanto, isso ainda está longe de ser alcançado124.