O Instituto Superior Técnico da Universidade de Lisboa lidera consórcio com financiamento europeu para o estudo de plasmas contendo antimatéria.
Ao longo dos próximos quatro anos, projeto PAIR trabalhará para criar, diagnosticar e modelar “plasmas de pares”, um estado único da matéria contendo eletrões e positrões.
Ao longo dos próximos quatro anos, o Instituto Superior Técnico, Universidade de Lisboa, encabeçará um consórcio dos principais centros mundiais de física e computação na área da física de plasmas com o intuito de estudar ‘plasmas de pares’, um estado único da matéria contendo eletrões e a sua contraparte de antimatéria, os positrões. O projeto, Plasma Antimatter Investigation and Realization (PAIR), recebeu financiamento através do programa Horizonte Europa da União Europeia.
Durante décadas, o estudo destes ‘plasmas de pares’ limitou-se maioritariamente a cálculos teóricos e observações telescópicas distantes, dada a natureza exótica deste estado da matéria. Com esta iniciativa europeia encabeçada pelo Técnico, procura-se que o ‘plasma de pares’ se torne uma realidade laboratorial controlável.
“A Europa atingiu um ponto de viragem”, afirma Thomas Grismayer, investigador principal do projeto e membro do Grupo de Lasers e Plasmas (GoLP) do Instituto de Plasmas e Fusão Nuclear (IPFN), um centro de investigação associado ao Técnico. “Temos a potência laser e os feixes de partículas necessários para gerar estes plasmas, existindo uma oportunidade excecional para construir uma forma unificada de os compreender”, prossegue o investigador, que esclarece que “o projeto PAIR foi concebido para colmatar essa lacuna”.
Sob liderança do Técnico, o consórcio inclui a Universidade de Oxford, o Instituto Max-Planck, a Universidade de Sorbonne, a Universidade da Califórnia (UCLA), a Universidade de Rochester e empresas especializadas como a ColibriTD e o CERFACS. A iniciativa, ao abrigo das Ações Marie Skłodowska-Curie, baseia-se num intercâmbio estratégico de pessoal entre estas entidades.
IA e ferramentas quânticas envolvidos na descoberta deste plasma exótico
Pelo facto de eletrões e positrões terem a mesma massa, o ‘plasma de pares’ comporta-se de formas que as regras da física tradicional não conseguem prever facilmente, tornando-os fundamentalmente diferentes. Estes plasmas são omnipresentes nos ambientes extremos encontrados em torno de pulsares e buracos negros, e as experiências laboratoriais controladas trazidas pelo projeto PAIR fornecerão um campo de testes único para as leis da física sob condições que não ocorrem naturalmente na Terra.
Apesar da sua importância para a ciência fundamental, estas nuvens de antimatéria são notoriamente difíceis de manter – são frequentemente de curta duração e difíceis de controlar. Tirando partido de instalações como o laser Apollon e o Centro Europeu de Investigação Nuclear (CERN, no francês original), o projeto PAIR irá além das demonstrações temporárias, pretendendo criar um modelo fiável para gerar ‘plasmas de pares’ densos e de longa duração, necessários para um estudo laboratorial aprofundado.
Investigar estes plasmas requer mais do que apenas hardware de alta energia – exige também um salto significativo na capacidade de computação. As simulações computacionais atuais destes processos são tão complexas que frequentemente atingem um limite em termos de custo e tempo. Um dos objetivos mais inovadores do projeto é a criação de um ‘motor digital’ que utiliza aprendizagem automática científica e protótipos de algoritmos quânticos para modelar o comportamento do plasma. Ao integrar estes modelos, esperamos acelerar as simulações, permitindo-nos validar os nossos resultados laboratoriais face à teoria em tempo real. O projeto visa ainda formar uma geração de investigadores capaz de transitar perfeitamente entre a física de lasers de alta potência e a engenharia de software avançada.
À medida que o projeto entra na sua missão de quatro anos, o foco manter-se-á na entrega de ativos concretos e reutilizáveis: software de código aberto, desenhos experimentais de referência e um novo quadro para interpretação astrofísica. No momento em que a conferência final do projeto for concluída, o consórcio pretende ter estabelecido uma capacidade permanente para a ciência de plasmas de pares na Europa, garantindo que o continente permaneça na fronteira da física de alta densidade de energia.
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