Acelerador de partículas é construído dentro de um chip

Redação do Site Inovação Tecnológica - 08/01/2020

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.

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