Quasipartículas que desafiam a física podem abrir um novo mundo de microscopia: WebCuriosos
Para investigar a vida privada de objetos no domínio microscópico (e além), os cientistas muitas vezes dependem de fontes de luz extremamente brilhantes.
O lasers de elétrons livres que obtêm os melhores resultados aceleram os elétrons vários quilômetros em direção à velocidade da luz, balançando-os através de uma grande sala de ímãs para liberar pulsos intensos de fótons que iluminam materiais para estudo.
Agora, uma equipa internacional de físicos pensa que pode alcançar o mesmo efeito com um dispositivo muito menor usando quasipartículas – entidades semelhantes a partículas que emergem das interações complexas de um coletivo de outras partículas.
Se o seu conceito puder ser desenvolvido numa tecnologia viável, poderá dar a ainda mais investigadores em todo o mundo uma visibilidade incomparável das mais ínfimas estruturas que estão a estudar. produzindo insights em vírus, chips de computador, fotossíntese e química das estrelas.
Aceleradores de partículas que podem caber dentro de um prédio são muito menos poderosos do que aqueles como a Fonte de Luz Coerente Linac (LCLS) na Califórnia. Do tamanho de uma cidade pequena, sua longa pista de corrida de elétrons é capaz de emitir ondas de luz altamente energéticas na parte do espectro de raios X.
Mas houve progresso feito no sentido de miniaturizar aceleradores de partículas, particularmente quando se trata de dispositivos que aceleram partículas carregadas ou plasma.
Uma equipe de pesquisadores internacionais usou simulações de computador para demonstrar como esses aceleradores de plasma compactos poderiam produzir luz brilhante equivalente à criada por grandes aceleradores de partículas.
O truque era entender como os aceleradores de plasma geram quasipartículas.
Quasipartículas são sistemas coerentes que podem surgir quando os médiuns são perturbados ou excitados. Embora formados como um esforço de grupo, eles podem ser tratados como partículas discretas, pois possuem propriedades estáveis, como carga, massa, energia, tamanho, forma e momento.
Porque quasipartículas podem ser criadas através do movimento coordenado de um conjunto de partículas emissoras de luz que se movem através de um meio, elas podem escapar através de lacunas nas leis da física que, de outra forma, restringiriam as partículas mais comuns.
Eles podem até viajar mais rápido do que a luz viajaria no mesmo meio. Isso é possível porque a luz desacelera ao viajar através de qualquer coisa que não seja o vácuo, então as quasipartículas podem ultrapassá-lo.
“O aspecto mais fascinante das quasipartículas é a sua capacidade de se moverem de maneiras que não seriam permitidas pelas leis da física que regem as partículas individuais,” diz físico e co-autor John Palastro.
“A flexibilidade é enorme”, diz doutorando e primeiro autor Bernardo Malaca.
“Mesmo que cada elétron execute movimentos relativamente simples, a radiação total de todos os elétrons pode imitar a de uma partícula que se move mais rápido que a luz ou de uma partícula oscilante, mesmo que não exista localmente um único elétron que seja mais rápido que a luz ou uma partícula oscilante. elétron.”
Quasipartículas também podem criar superradiância; um feixe ultrabrilhante de fótons produzido por um conjunto de partículas trabalhando em sincronia.
Os pesquisadores mostraram que seria teoricamente possível criar essa superradiância usando quasipartículas dentro de um laser de plasma, criando comprimentos de onda entre as partes infravermelha e ultravioleta do espectro.
“Tal avanço poderia trazer pesquisa e tecnologia que só estão disponíveis em um punhado de lasers de elétrons livres em todo o mundo, diretamente para muitas universidades, hlaboratórios em escala hospitalar e industrial”, afirmam os pesquisadores escreveu.
“Conseqüentemente, o início da coerência temporal e da superradiância é o ingrediente essencial que falta para criar fontes de luz compactas, acessíveis e competitivas baseadas em aceleradores de plasma.”
Este artigo foi publicado em Fotônica da Natureza.
