Um novo experimento sugere que as partículas subatômicas podem ser aceleradas por um processo semelhante ao dos surfistas pegando ondas. Os prótons obtêm um aumento de velocidade não das ondas do oceano, mas das ondas de choque dentro do plasma, uma mistura de partículas eletricamente carregadas. Essas ondas de choque são perturbações semelhantes a explosões sônicas, marcadas por um aumento abrupto de densidade, temperatura e pressão.
A pesquisa pode ajudar os cientistas a entender melhor algumas das partículas de alta energia que percorrem o cosmos. Acredita-se que as ondas de choque no espaço impulsionem partículas carregadas, mas ainda não é totalmente compreendido como as partículas obtêm sua vitalidade.
No experimento, que imitou certos tipos de ondas de choque cósmico, os prótons alcançaram energias de até 80.000 elétron-volts, relataram os físicos em 19 de agosto na Nature Physics. No espaço, ondas de choque semelhantes ocorrem onde a saída de partículas carregadas do sol encontra o campo magnético da Terra, por exemplo, e também onde essas partículas diminuem drasticamente à medida que se aproximam da borda do sistema solar, no que é chamado de choque de terminação.
Os cientistas usaram lasers poderosos para recriar a física dessas ondas de choque cósmicas em uma escala menor. No experimento, uma explosão de laser vaporizou um alvo, enviando uma explosão de plasma em uma nuvem de gás hidrogênio. À medida que o plasma penetrava no gás, uma onda de choque se formava e os prótons do gás aumentavam, conforme indicavam as medições.
Os cientistas previram que os prótons poderiam ser acelerados por um processo chamado aceleração do surfe de choque, que ocorre na presença de um campo magnético. Uma partícula é empurrada pelo campo elétrico da onda de choque e o campo magnético ajuda a partícula a permanecer no curso. Se a partícula se afastar da onda de choque, o campo magnético torce a trajetória da partícula para devolvê-la à onda, para que o próton possa surfar novamente.
Claro, não existe esse retorno automático para surfistas humanos, diz Julien Fuchs do CNRS e do Laboratório para o Uso de Lasers Intensos, em Palaiseau, França. É uma pena, ele pondera: “Acho que eles gostariam disso.”
Ainda assim, as medições por si só não identificaram se o surfe de choque foi responsável pela aceleração dos prótons. “O desafio está sempre na interpretação, então o que exatamente causou essa aceleração?”, diz o físico de plasma Frederico Fiuza, do SLAC National Accelerator Laboratory em Menlo Park, Califórnia, que não esteve envolvido com a pesquisa.
Então, Fuchs e seus colegas criaram simulações de computador do experimento. A comparação das simulações com os dados reais sugere que os prótons estavam surfando na onda de choque.
“Este é definitivamente um resultado empolgante”, diz a física de plasma Carolyn Kuranz, da Universidade de Michigan em Ann Arbor. Ela diz que espera que novas pesquisas sejam capazes de descobrir evidências mais diretas que não dependem de simulações de computador. “É muito promissor para trabalhos futuros.”
Publicado em 28/08/2021 10h19
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