Uma equipe de pesquisadores da Universidade de Nebraska-Lincoln recentemente conduziu um experimento em que eles foram capazes de acelerar os elétrons do plasma para se aproximarem da velocidade da luz. Esse "foguete óptico", que empurrava os elétrons a uma força trilhões de trilhões de vezes maior que o gerado por um foguete convencional, poderia ter sérias implicações para tudo, desde viagens espaciais a computação e nanotecnologia.
Quando se trata do futuro da exploração espacial e da pesquisa científica, fica claro que a luz terá um papel vital. Por um lado, as agências espaciais estão investigando "comunicações ópticas" - enviando informações usando lasers - para lidar com o aumento da quantidade de missões de dados que serão coletadas e enviadas para a Terra. Pesquisadores e engenheiros, por outro lado, estão olhando para lasers para conduzir manipulações microscópicas de matéria e computadores ópticos.
No entanto, um dos principais desafios desse tipo de aplicação tem sido o tamanho do equipamento envolvido. O que se resume é o fato de que os lasers convencionais de alta energia geralmente são grandes e caros. Como tal, a capacidade de reduzir o processo em que a luz é usada para acelerar partículas não seria apenas um benefício para os pesquisadores, mas também poderia levar a inúmeras novas aplicações.
Foi exatamente isso que a equipe do Extreme Light Laboratory (ELL) da UNL fez usando o Diocles Laser do laboratório. Esse laser de raios-x, que é dez milhões de vezes mais brilhante que o sol, foi usado para focar pulsos rápidos de laser nos elétrons do plasma - um processo conhecido como aceleração do campo de vigia (ou aceleração de elétrons). O estudo que descreve suas descobertas apareceu recentemente no Cartas de Revisão Física.
Normalmente, a luz exerce uma força minúscula onde quer que seja refletida, dispersa ou absorvida. Embora a força seja extremamente pequena, ela pode ter um efeito cumulativo quando é focada de maneira adequada e contínua. Durante o experimento, a equipe descobriu que os pulsos de luz faziam com que os elétrons no plasma fossem empurrados para fora do caminho dos pulsos, criando ondas de plasma em seu rastro.
Os elétrons também captaram aceleração adicional dessas "ondas do campo de vigia", o que as levou a velocidades ultra-relativísticas (ou seja, próximas à velocidade da luz). Como Donald Umstadter, diretor do Laboratório Extreme Light, explicou em um comunicado à imprensa do Nebraska Today:
“Essa nova e exclusiva aplicação de luz intensa pode melhorar o desempenho de aceleradores de elétrons compactos. Mas o aspecto científico novo e mais geral de nossos resultados é que a aplicação da força da luz resultou na aceleração direta da matéria. ”
Esse novo experimento demonstrou efetivamente a capacidade de controlar a fase inicial da aceleração do campo de vigia, o que poderia melhorar o desempenho dos aceleradores de elétrons compactos. Foi significativo, pois possui inúmeras aplicações que antes não eram possíveis, devido ao enorme tamanho dos aceleradores de elétrons convencionais.
Uma dessas aplicações é conhecida como “pinça óptica”, um processo em que a luz é usada para manipular objetos microscópicos. Outra aplicação possível é o conceito conhecido como “vela leve” (também conhecida como célula solar ou de fótons), um método de propulsão espacial onde um feixe de laser focalizado é usado para acelerar uma vela refletiva a velocidades incríveis.
Um exemplo disso é o Breakthrough Starshot, uma espaçonave proposta que está sendo desenvolvida pela Breakthrough Initiatives - uma organização sem fins lucrativos fundada pelo bilionário russo Yuri Milner. Consistindo em um nanocraft sendo rebocado por uma vela, essa sonda dependeria de lasers focados para acelerá-lo a velocidades relativísticas (20% a velocidade da luz). A essa velocidade, a nave seria capaz de fazer a jornada para Alpha Centauri em apenas 20 anos e poderia enviar imagens de qualquer exoplaneta lá (incluindo Proxima b).
Enquanto isso, esse experimento provavelmente abrirá algumas sérias oportunidades de pesquisa para físicos de partículas. O estudo foi liderado por Grigoroy Golovin, pesquisador de pós-doutorado do Laboratório de Luz Extrema (ELL) da Universidade de Nebraska-Lincoln (UNL), e incluiu vários cientistas da ELL e da Universidade de Shanghai Jiao Tong.
