Um acelerador de quase-partículas em plasmas para miniaturizar fontes de luz coerente

Publicado em 19 de Outubro de 2023 às 12:13

Uma equipa internacional de investigadores liderada por Bernardo Malaca (estudante de doutoramento no Grupo de Lasers e Plasmas, Instituto de Plasmas e Fusão Nuclear), sob a orientação de Jorge Vieira (professor no Departamento de Física do Instituto Superior Técnico), determinou como movimentos colectivos conseguem radiar como partículas singulares. A equipa contou também com a participação de Miguel Pardal (estudante de doutoramento do GoLP/IPFN) e Ricardo Fonseca (investigador do GoLP/IPFN e professor no ISCTE). O artigo foi publicado na revista Nature Photonics (ver artigo aqui).

Qual seria a radiação emitida por uma partícula superluminosa? E como radiaria sujeita a acelerações arbitrariamente elevadas? Não é normalmente possível investigar estas questões: tanto quanto se conhece, não existem partículas individuais que possam viajar mais rápido que a luz. Para além disso, a tecnologia limita a aceleração máxima a que podemos submeter partículas carregadas num contexto laboratorial. O que os investigadores agora reconheceram é que estes regimes de radiação exóticos estão perfeitamente acessíveis a excitações coletivas. Um exemplo destas excitação coletiva são as ondas mexicanas no estádio de futebol, em que algo que aparenta dar a volta ao estádio é composto por pessoas que apenas se sentam e levantam nos momentos apropriados.

Como ilustração os investigadores realizaram simulações numéricas no supercomputador LUMI (Finlândia) para estudar a radiação emitida por quase-partículas em aceleradores de plasma (plasma é o estado da matéria onde os átomos foram já ionizados), que são muito mais compactos do que os convencionais.

Esta técnica permite obter radiação coerente desde THz até aos ultra-violeta extremos com brilho tão elevado quanto lasers de electrões livres a operarem na mesma gama de frequências. Este trabalho foi realizado em colaboração com investigadores do Laboratoire d'Optique Appliquée (França), a Universidade de Rochester (EUA) e Universidade da Califórnia ‚ Los Angeles (EUA), e financiado pela FCT/Portugal e pelo projecto European Plasma Research Accelerator with eXcellence in Applications (EuPRAXIA).