Uma equipa de investigação do Instituto Superior Técnico, em colaboração com o Max Planck Institute for Physics (Alemanha), publicou na revista Physical Review Letters uma possível solução para um problema associado à aceleração de partículas baseada em plasma.
No artigo intitulado “Mitigation of the Onset Hosing in the Linear Regime through Plasma Frequency Detuning”, os investigadores propõem-se resolver a instabilidade que pode desenvolver-se quando um feixe de partículas se propaga em plasma, sujeito aos campos elétricos associados que podem ser extremamente fortes e, por consequência, levar à sua destruição.
O trabalho realizado por Mariana Moreira, estudante do programa doutoral em Física, sob orientação de Jorge Vieira, professor do Departamento de Física do Técnico, demonstra que a oscilação do centróide (posição transversa média das partículas) de um feixe longo pode ser tratada como um oscilador clássico sob o efeito de uma força harmónica (os campos da onda de plasma) em certas condições. Ao controlar-se a frequência dessa força externa – o que pode conseguir-se variando a densidade do plasma – é possível controlar o crescimento da instabilidade do feixe.
A aceleração baseada em plasma pode ser concretizada sob várias configurações e regimes. Porém, todos têm o problema da instabilidade mencionada no artigo, explica Mariana Moreira. Esta descoberta poderá contribuir para a resolução desta questão, na experiência AWAKE no Laboratório Europeu de Física de Partículas (CERN), que opera num desses regimes. A um nível mais fundamental, este trabalho propõe também um novo paradigma para contemplar as interações entre feixes (de partículas ou de luz) e plasmas.
Num futuro imediato, a aluna do Técnico está a “aplicar o mesmo paradigma a uma outra instabilidade que seria útil conseguir controlar”. O trabalho que desenvolveu deixou “várias potenciais vias de investigação em aberto” como “o que poderá descobrir-se ao aplicar este paradigma a outras instabilidades e regimes?” ou “como explorar esta descoberta numa implementação real e experimental?”.
A ideia da aceleração de partículas baseada em plasma – que possibilitaria realizar aceleradores muito mais compactos e potencialmente baratos – foi inicialmente avançada em 1979. Desde então multiplicaram-se diferentes possibilidades de concretização da ideia básica.
