Cientistas criam plasmas de pares cósmicos na Terra em avanço revolucionário

São PauloCientistas desenvolveram feixes de alta densidade de elétrons e pósitrons em laboratório, similares aos que existem no espaço profundo. Esta é uma conquista significativa na ciência de alta energia.

Pesquisadores de várias partes do mundo, incluindo o Laboratório de Energética com Laser da Universidade de Rochester, publicaram suas descobertas na Nature Communications. Eles conseguiram um avanço significativo ao produzir até 1.000 vezes mais pares do que antes era possível.

Aqui estão os principais pontos resumidos:

Instituições participantes incluem a Universidade de Rochester, CERN e a Universidade de Oxford. O estudo utilizou as instalações HiRadMat no acelerador Super Synchrotron Proton (SPS) do CERN. Foram produzidos feixes de pares quase neutros de elétrons e pósitrons. Cada próton possuía uma energia cinética 440 vezes maior que sua energia de repouso.

Buracos negros e estrelas de nêutrons são os objetos mais densos do universo. Ao redor deles, existem plasmas, que são um tipo de matéria. Especificamente, há plasmas de pares de elétrons e pósitrons, onde elétrons e pósitrons se movem muito rápido, quase na velocidade da luz. Criar esses plasmas em laboratório tem sido difícil até agora.

Pesquisa Astrofísica Avança com Produção de Pares de Elétrons e Pósitrons

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Charles Arrowsmith, físico da Universidade de Oxford, se juntará ao LLE no outono. Ele explica que a produção de grandes quantidades de pares de elétrons e pósitrons era extremamente desafiadora, o que limitava nosso conhecimento a ideias teóricas. O experimento bem-sucedido abriu novas possibilidades para a pesquisa em astrofísica de laboratório.

A equipe utilizou mais de 100 bilhões de prótons do acelerador SPS do CERN. Esses prótons têm energia suficiente para desintegrar átomos e liberar quarks e glúons, resultando em uma explosão de partículas que se transformam em elétrons e pósitrons. Com essa quantidade de partículas, o feixe começa a se comportar como um plasma encontrado no espaço.

Dustin Froula e Daniel Haberberger, do LLE, trabalharam com Arrowsmith para planejar um experimento. Eles colaboraram com cientistas de diversas instituições, incluindo o Science and Technology Facilities Council Rutherford Appleton Laboratory, a Universidade de Strathclyde e o Atomic Weapons Establishment no Reino Unido.

Esta pesquisa pode nos ajudar a compreender como partículas minúsculas se comportam em explosões de raios gama ou em jatos de blazares. Arrowsmith afirma que desenvolveram maneiras de alterar a dispersão de feixes de partículas, permitindo assim que estudem as interações de plasma de forma controlada.

Gianluca Gregori, da Universidade de Oxford, afirma que telescópios não conseguem observar detalhes muito pequenos de objetos espaciais distantes. Experimentos em laboratório verificarão se as previsões dos modelos computacionais estão corretas. Gregori também destaca a importância de cientistas de diferentes laboratórios ao redor do mundo colaborarem.

Instituições colaborando incluem o Lawrence Livermore National Laboratory, o Instituto Max Planck de Física Nuclear, a Universidade da Islândia e o Instituto Superior Técnico de Portugal. Os resultados da equipe surgem enquanto eles tentam avançar na ciência do plasma colidindo lasers extremamente poderosos. Eles vão conduzir essa pesquisa na Instalação OPAL do NSF.