Cientistas Geram Pela Primeira Vez em Laboratório 'Bolas de Fogo' de Plasma do Espaço

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[Imagem: NASA/JPL-Caltech]

Representação artística de um buraco negro emitindo um jato de plasma. As "bolas de fogo" de plasma geradas experimentalmente abrem a possibilidade de uma astrofísica laboratorial.

 

Ontem, em 1º de julho, o portal Inovação Tecnológica relatou um marco científico: pela primeira vez, cientistas conseguiram criar em laboratório "Bolas de Fogo" de plasma, replicando um dos ambientes mais extremos do Universo, possibilitando estudos experimentais inéditos.

 

Segundo a nota do portal, dentro e ao redor de buracos negros e estrelas de nêutrons — objetos notoriamente densos no cosmos — existem plasmas, o quarto estado fundamental da matéria, ao lado de sólidos, líquidos e gases. Nestas condições extremas, os plasmas são conhecidos como plasmas relativísticos de pares elétron-pósitron, compostos por elétrons e suas antipartículas, os pósitrons, todos viajando quase à velocidade da luz.

 

Apesar da prevalência desses plasmas nas condições astrofísicas do espaço profundo, replicá-los em laboratório tem sido um desafio significativo.

 

Agora, uma equipe internacional conseguiu gerar feixes relativísticos de pares elétron-pósitron e um plasma de alta densidade experimentalmente, produzindo até três ordens de magnitude a mais de pares matéria-antimatéria do que era possível anteriormente. Embora não seja um plasma contínuo como no espaço, as "bolas de fogo" criadas, como as denomina a equipe, são suficientes para permitir estudos experimentais.

 

"A geração em laboratório de 'bolas de fogo' de plasma composto de matéria, antimatéria e fótons é um objetivo de pesquisa na vanguarda da ciência de alta densidade energética," comentou Charles Arrowsmith, da Universidade de Oxford. "No entanto, a dificuldade experimental de produzir pares elétron-pósitron em quantidades significativas tem limitado, até agora, nossos estudos principalmente ao domínio teórico."

 

[Imagem: Heather Palmer/University of Rochester Laboratory for Laser Energetics]

Um próton (extrema esquerda) colide com núcleos de carbono (pequenas esferas cinza), produzindo uma chuva de várias partículas elementares, incluindo um grande número de píons neutros (esferas laranja). À medida que os píons neutros instáveis decaem, eles emitem dois raios gama de alta energia (setas amarelas onduladas). Esses raios gama interagem com o campo elétrico dos núcleos de tântalo (grandes esferas cinzentas), gerando pares de elétrons e pósitrons e resultando nas bola de fogo de plasma de elétrons-pósitrons.

A descoberta mencionada é realmente fascinante e representa um avanço significativo na pesquisa de plasmas de alta densidade, especialmente aqueles compostos por pares elétron-pósitron. Aqui estão alguns pontos-chave sobre o que foi alcançado:

 

* Contexto Astrofísico: Em torno de buracos negros e estrelas de nêutrons, existem plasmas extremos conhecidos como plasmas relativísticos de pares elétron-pósitron. Estes plasmas são compostos por elétrons e suas antipartículas, os pósitrons, viajando a velocidades próximas à da luz.

 

* Desafios em Replicação Laboratorial: Embora esses plasmas sejam comuns no universo, replicá-los em laboratório tem sido um grande desafio devido às condições extremas necessárias para sua formação.

 

* Avanço Científico: Uma equipe internacional conseguiu gerar feixes de pares elétron-pósitron e um plasma de alta densidade em laboratório. Essas estruturas são chamadas de "bolas de fogo" de plasma, permitindo estudos experimentais inéditos nesse campo.

 

* Quantidade de Pares Gerados: O feito alcançado permitiu a produção de até três ordens de magnitude a mais de pares matéria-antimatéria do que anteriormente possível, um avanço significativo na geração controlada dessas partículas.

 

* Implicações Científicas: Essa conquista não apenas expande nosso entendimento sobre plasmas relativísticos, mas também abre caminho para novos estudos experimentais em física de alta densidade energética, uma área fundamental para entender fenômenos astrofísicos complexos.

 

Em resumo, a criação bem-sucedida de "bolas de fogo" de plasma em laboratório representa um marco importante na pesquisa científica, proporcionando novas oportunidades para explorar condições extremas do universo que até agora só podíamos teorizar.

 

Bibliografia:

 

Artigo: Laboratory realization of relativistic pair-plasma beams

Autores: C. D. Arrowsmith, P. Simon, P. J. Bilbao, A. F. A. Bott, S. Burger, H. Chen, F. D. Cruz, T. Davenne, I. Efthymiopoulos, D. H. Froula, A. Goillot, J. T. Gudmundsson, D. Haberberger, J. W. D. Halliday, T. Hodge, B. T. Huffman, S. Iaquinta, F. Miniati, B. Reville, S. Sarkar, A. A. Schekochihin, L. O. Silva, R. Simpson, V. Stergiou, R. M. G. M. Trines, T. Vieu, N. Charitonidis, R. Bingham, G. Gregori

Revista: Nature Communications

Vol.: 15, Article number: 5029

DOI: 10.1038/s41467-024-49346-2

 

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