Un artículo sobre la investigación realizada por Meirielen Caetano de Sousa, becario postdoctoral en el Instituto de Física de la Universidad de São Paulo (IF-USP) en Brasil, se destaca como Selección del editor en la edición de septiembre de Física de Plasmas , publicado por el Instituto Estadounidense de Física con la cooperación de la Sociedad Estadounidense de Física. El papel, titulado "Interacciones onda-partícula en un tubo de onda viajera larga con hélice mejorada", está firmado por Sousa, Iberê Caldas, su supervisor en IF-USP, y colaboradores de la Universidad Aix-Marseille en Francia, donde Sousa realizó una pasantía de investigación con el apoyo de una beca de FAPESP (Fundación de Investigación de São Paulo) y CAPES, Consejo Superior de Investigaciones del Ministerio de Educación de Brasil.

El enfoque de la investigación de Sousa fue un estudio experimental de las interacciones electrón-plasma. Dado que el plasma es un medio con un ruido de fondo considerable, Se simularon condiciones análogas a las del plasma en el vacío mediante el uso de ondas electromagnéticas cortas que se propagan en un tubo de ondas viajeras o TWT.

"Los TWT son dispositivos en los que las ondas electromagnéticas interactúan con los haces de electrones, "Explicó Sousa." Los TWT industriales miden entre 2 cm y 30 cm de largo y se utilizan principalmente para amplificar señales de radiofrecuencia en las comunicaciones espaciales. El TWT de la Universidad de Aix-Marsella tiene 4 m de largo y está especialmente diseñado para la investigación en física del plasma con un nivel de ruido muy bajo. Actualmente es el único de su tipo en funcionamiento en el mundo ".

Las ondas son producidas en frecuencias que van desde 10 a 100 megahercios (la región intermedia de la banda de radio del espectro electromagnético) por un generador de formas de onda y se propagan a través de una hélice acoplada al eje horizontal del TWT. La hélice se ha actualizado recientemente para que sea lo más regular posible. Sousa participó en la actualización, y su estudio no habría sido posible sin él. En su configuración anterior, el TWT fue menos preciso debido a pequeñas variaciones en el tono de la hélice y, por tanto, en la forma de onda generada.

"En la primera parte del estudio analizamos la propagación de ondas sin el haz de electrones, "Dijo Sousa." Encontramos una excelente concordancia entre las predicciones teóricas y los datos experimentales. Esto significa que el modelo teórico estaba produciendo predicciones precisas y que el dispositivo funcionaba perfectamente ".

Pero los hallazgos realmente importantes se produjeron en la segunda parte, que consistió en una investigación de la interacción entre la onda electromagnética y el haz de electrones. "Observamos el intercambio de energía entre la onda y los electrones, "Dijo Sousa." Los electrones viajan un poco más rápido que la velocidad de fase de la onda y transmiten este diferencial de energía cinética a la onda, aumentando su amplitud. Cuando la onda alcanza la máxima amplitud, empieza a oscilar, subiendo y bajando, y los electrones quedan atrapados en el potencial de onda, con sus velocidades variando alrededor de la velocidad de la fase de onda. Transfieren energía a la ola y luego reciben energía de la ola ".

Para valores bajos de corriente eléctrica, ella añadió, el fenómeno coincide con las predicciones de la teoría lineal, pero cuando los valores actuales son altos, los electrones interactúan no solo con la onda sino también entre sí. Esto da como resultado efectos no lineales que ya no están alineados con las predicciones teóricas.

"Estudiar estos efectos es uno de los objetivos de los experimentos futuros que estamos planeando, "Dijo Sousa." Otro está estudiando haces no monoquinéticos, en el que los electrones viajan a diferentes velocidades, y la interacción entre estos haces y un amplio espectro de ondas, es decir, varias ondas que se propagan al mismo tiempo dentro del dispositivo ".

El estudio completado y los experimentos planificados pertenecen al campo de las ciencias básicas, investigar la exactitud de la teoría de la frontera y los fenómenos que el modelo teórico aún no ha descrito adecuadamente. Posibles aplicaciones tecnológicas están en el horizonte, sin embargo. "Una aplicación más inmediata sería la mejora de los TWT industriales. Una más ambiciosa sería contribuir a la mejora de otros dispositivos que utilizan la interacción entre ondas electromagnéticas y partículas cargadas eléctricamente". como aceleradores de partículas, por ejemplo, "Dijo Sousa.

Además de la beca de investigación en el extranjero otorgada a Sousa, La FAPESP apoyó el estudio a través de una beca de doctorado directa y una beca postdoctoral, también otorgado a Sousa; y un proyecto temático sobre "Dinámica no lineal", liderado por Caldas.