EUA ativam laser ZEUS com potência recorde de 2 petawatts

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O laser mais poderoso dos Estados Unidos acaba de ser testado com sucesso. Chamado de ZEUS — sigla para Zettawatt-Equivalent Ultrashort pulse laser System —, o equipamento alcançou 2 petawatts de potência em sua primeira demonstração oficial. O número impressiona: são 2 quatrilhões de watts, mais de cem vezes a produção total de eletricidade do planeta. Ainda assim, a emissão durou tão pouco que seria imperceptível a olho nu.

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A novidade foi anunciada pela Universidade de Michigan, responsável pelo projeto. ZEUS ocupa uma área semelhante à de uma academia esportiva e é considerado o sucessor direto do sistema HERCULES, que atingia até 300 terawatts. A construção do novo laser custou US$ 16 milhões e foi descrita pela instituição como uma solução de alto desempenho a um custo reduzido, se comparado a outros sistemas de aceleração de partículas.

Primeiro teste usou hélio para gerar plasma e acelerar elétrons

• Na demonstração inicial, ZEUS utilizou um alvo de hélio para produzir plasma.
• Um pulso de laser foi disparado contra uma célula contendo o gás, arrancando elétrons dos átomos e criando uma mistura de íons positivos e elétrons livres.
• Os elétrons então passaram a ganhar velocidade logo atrás do pulso de luz em um processo chamado aceleração por campo de esteira (wakefield acceleration).
• Esse fenômeno é possível porque a luz viaja mais devagar no plasma, permitindo que os elétrons se aproximem e aproveitem o pulso para ganhar ainda mais energia.
• O tamanho da câmara de testes também favorece esse ganho, permitindo que os elétrons atinjam velocidades mais altas do que em sistemas anteriores.

Experimento principal será realizado ainda este ano

O disparo de 2 petawatts foi apenas o começo. O experimento principal do ZEUS está previsto para ocorrer ainda em 2025, e envolverá uma colisão entre os elétrons acelerados e pulsos de laser vindos da direção oposta. Esse tipo de interação cria um efeito no qual um laser de 3 petawatts pode parecer até um milhão de vezes mais potente, justificando o termo “equivalente a zettawatt” no nome do sistema.

Para garantir a segurança durante os testes, ZEUS utiliza grades de difração óptica, que alongam o pulso inicial de infravermelho ao longo do tempo. A medida evita que o feixe atinja uma intensidade tão alta que possa causar a ionização do próprio ar ao seu redor.

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Aplicações vão de tratamentos contra o câncer à astrofísica

Além do avanço em física de partículas, os pesquisadores esperam que a infraestrutura do ZEUS contribua para o desenvolvimento de novas técnicas de imagem de tecidos moles, além de melhorar tratamentos para o câncer e outras doenças. A pesquisa é liderada pela Divisão de Física da National Science Foundation (NSF), nos Estados Unidos.

O equipamento também poderá ser usado para investigar fenômenos extremos do universo, como jatos de pósitrons emitidos por buracos negros e as causas de explosões de raios gama. Segundo o físico Franklin Dollar, da Universidade da Califórnia, um dos responsáveis pela experiência, “o ZEUS não é apenas um grande martelo de laser — a luz pode ser dividida em múltiplos feixes, o que amplia as possibilidades experimentais”.