Un articolo sulla ricerca condotta da Meirielen Caetano de Sousa, borsista post-dottorato presso l'Istituto di Fisica dell'Università di San Paolo (IF-USP) in Brasile, è evidenziato come Editor's Pick nel numero di settembre di Fisica dei Plasmi , pubblicato dall'American Institute of Physics con la collaborazione dell'American Physical Society. La carta, dal titolo "Interazioni onda-particella in un tubo d'onda lungo viaggiante con elica potenziata", è firmato da Sousa, Iberê Caldas, il suo supervisore all'IF-USP, e collaboratori dell'Università di Aix-Marseille in Francia, dove Sousa ha svolto uno stage di ricerca con il supporto di una borsa di studio della FAPESP (Fondazione di ricerca di San Paolo) e CAPES, Consiglio Superiore di Ricerca del Ministero dell'Istruzione brasiliano.

Il focus della ricerca di Sousa era uno studio sperimentale sulle interazioni elettrone-plasma. Poiché il plasma è un mezzo con un notevole rumore di fondo, condizioni analoghe a quelle del plasma sono state simulate nel vuoto mediante l'uso di onde elettromagnetiche corte che si propagano in un tubo ad onde mobili o TWT.

"I TWT sono dispositivi in ​​cui le onde elettromagnetiche interagiscono con i fasci di elettroni, "Spiega Sousa. "I TWT industriali sono lunghi tra 2 cm e 30 cm e sono utilizzati principalmente per amplificare i segnali a radiofrequenza nelle comunicazioni spaziali. Il TWT dell'Università di Aix-Marseille è lungo 4 m e appositamente progettato per la ricerca nella fisica del plasma con un livello di rumore molto basso. Attualmente è l'unico del suo genere in funzione al mondo".

Le onde sono prodotte a frequenze comprese tra 10 e 100 megahertz (la regione intermedia della banda radio dello spettro elettromagnetico) da un generatore di forme d'onda e si propagano attraverso un'elica accoppiata all'asse orizzontale del TWT. L'elica è stata recentemente aggiornata per renderla il più regolare possibile. Sousa ha preso parte all'aggiornamento, e il suo studio non sarebbe stato possibile senza di essa. Nella sua precedente configurazione, il TWT era meno preciso a causa di piccole variazioni nel passo dell'elica e quindi nella forma d'onda generata.

"Nella prima parte dello studio abbiamo analizzato la propagazione delle onde senza il fascio di elettroni, " Sousa ha detto. "Abbiamo trovato un ottimo accordo tra le previsioni teoriche ei dati sperimentali. Ciò significa sia che il modello teorico stava producendo previsioni accurate sia che il dispositivo funzionava perfettamente".

Ma i risultati davvero importanti sono stati prodotti nella seconda parte, che consisteva in un'indagine sull'interazione tra l'onda elettromagnetica e il fascio di elettroni. "Abbiamo osservato lo scambio di energia tra l'onda e gli elettroni, " Sousa ha detto. "Gli elettroni viaggiano leggermente più veloci della velocità di fase dell'onda e trasmettono questa differenza di energia cinetica all'onda, aumentandone l'ampiezza. Quando l'onda raggiunge la massima ampiezza, comincia a oscillare, salire e scendere, e gli elettroni sono intrappolati nel potenziale d'onda, con le loro velocità che variano intorno alla velocità della fase d'onda. Trasferiscono energia all'onda e poi ricevono energia dall'onda."

Per bassi valori di corrente elettrica, lei ha aggiunto, il fenomeno corrisponde alle previsioni della teoria lineare, ma quando i valori di corrente sono alti gli elettroni interagiscono non solo con l'onda ma anche tra loro. Ciò si traduce in effetti non lineari non più allineati alle previsioni teoriche.

"Studiare questi effetti è uno degli obiettivi dei futuri esperimenti che stiamo pianificando, " Disse Sousa. "Un altro sta studiando travi non monocinetiche, in cui gli elettroni viaggiano a velocità diverse, e l'interazione tra questi fasci e un ampio spettro d'onda, significa più onde che si propagano contemporaneamente all'interno del dispositivo."

Lo studio completato e gli esperimenti pianificati sono nel campo delle scienze di base, indagare l'accuratezza della teoria della frontiera e dei fenomeni non ancora adeguatamente descritti dal modello teorico. Possibili applicazioni tecnologiche sono all'orizzonte, però. "Un'applicazione più immediata sarebbe l'aggiornamento dei TWT industriali. Una più ambiziosa sarebbe contribuire all'aggiornamento di altri dispositivi che utilizzano l'interazione tra onde elettromagnetiche e particelle caricate elettricamente, come acceleratori di particelle, Per esempio, " disse Sousa.

Oltre alla borsa di studio per tirocinio di ricerca all'estero assegnata a Sousa, FAPESP ha sostenuto lo studio tramite una borsa di studio di dottorato diretta e una borsa di studio post-dottorato, assegnato anche a Sousa; e un Progetto Tematico su "Dinamiche non lineari", guidato da Caldas.