Acelerador de partículas é construído dentro de um chip

Redação do Site Inovação Tecnológica

Esta imagem, ampliada 25.000 vezes, mostra uma seção do acelerador em um chip. A versão funcional terá 1.000 seções iguais a esta, o que permitirá acelerar os elétrons a 94% da velocidade da luz.
[Imagem: Neil Sapra]

Acelerador em um chip

A miniaturização dos aceleradores de partículas atingiu a casa dos centímetros no ano passado.

Agora, acaba de ser criado um acelerador que cabe inteiro dentro de um chip.

Embora ainda não alcance a energia gerada nos aceleradores tradicionais - que podem medir quilômetros de extensão ou diâmetro - o chip usa um laser infravermelho para gerar, numa distância menor do que o diâmetro de um fio de cabelo, uma energia que até agora só havia sido obtida com micro-ondas em distâncias na faixa dos metros.

O acelerador em um chip é apenas um protótipo, mas as técnicas de projeto e fabricação podem ser ampliadas para fornecer feixes de partículas acelerados o suficiente para realizar experimentos de ponta em química, ciência dos materiais e biologia que não exijam o poder de um acelerador gigantesco, sem contar com a possibilidade de portabilidade.

"Os maiores aceleradores são como telescópios poderosos. Existem poucos no mundo e os cientistas precisam vir a lugares como o SLAC [National Accelerator Laboratory - EUA] para usá-los. Queremos miniaturizar a tecnologia do acelerador de uma maneira que a torne uma ferramenta de pesquisa mais acessível," disse Jelena Vuckovic, coordenadora da equipe.

Os mil estágios de aceleração necessários para aplicações práticas continuarão cabendo dentro de um único chip.
[Imagem: Neil V. Sapra et al. - 10.1126/science.aay5734]

Acelerador de partículas portátil

O acelerador em um chip foi criado usando as técnicas tradicionais de litografia, as mesmas usadas para criar os componentes eletrônicos dos chips tradicionais. A diferença é que, em vez de criar transistores, a litografia foi usada para criar nanocanais no bloco de silício.

Quando os nanocanais foram selados a vácuo, tornou-se possível enviar elétrons através deles, enquanto pulsos de luz infravermelha - para a qual o silício é transparente como o vidro é transparente para a luz visível - transmitidos ao longo do mesmo canal fornecem a energia necessária para acelerar os elétrons.

Para testar a eficácia desses miniaceleradores, Neil Sapra e seus colegas avaliaram seu uso disparando o feixe de elétrons acelerado diretamente para um tumor in vitro e verificando que o tecido ao redor não era afetado. Quando a técnica estiver totalmente desenvolvida, isso poderá significar a virtual eliminação dos efeitos colaterais desses tratamentos - hoje os pacientes precisam usar proteções de chumbo para evitar danos aos tecidos saudáveis.

Os pesquisadores querem acelerar os elétrons a 94% da velocidade da luz, ou 1 milhão de elétrons-volts (1MeV), para criar um fluxo de partículas poderoso o suficiente para fins médicos ou de pesquisa. Este chip protótipo conta com apenas um estágio de aceleração, e o fluxo de elétrons precisará passar por cerca de 1.000 desses estágios para atingir 1MeV.

A equipe pretende ter esse acelerador funcional até o final deste ano, e já calculou que os mil estágios de aceleração exigirão um chip de pouco mais de dois centímetros de comprimento.

Bibliografia:

Artigo: On-chip integrated laser-driven particle accelerator
Autores: Neil V. Sapra, Ki Youl Yang, Dries Vercruysse, Kenneth J. Leedle, Dylan S. Black, R. Joel England, Logan Su, Rahul Trivedi, Yu Miao, Olav Solgaard, Robert L. Byer, Jelena Vukovic
Revista: Science
Vol.: 367, Issue 6473, pp. 79-83
DOI: 10.1126/science.aay5734