Alquimia das luzes: Luz infravermelha é transformada em raios X

Redação do Site Inovação Tecnológica - 08/06/2012

Representação artística de um pulso de raio X com o maior espectro de cores já produzido, um verdadeiro arco-íris de alta energia.
[Imagem: Tenio Popmintchev/Brad Baxley/University of Colorado]

Harmônicos de luz

Cientistas conseguiram pela primeira vez fazer uma espécie de alquimia das luzes.

Tenio Popmintchev, liderando uma equipe dos EUA, Áustria e Espanha, descobriu como converter um raio de luz infravermelha em um feixe altamente coerente de raios X e em uma multiplicidade de outros comprimentos de onda.

Em vez dos enormes aceleradores atuais, o novo equipamento gera raios X de alta pureza em um equipamento que cabe sobre uma mesa.

Imagine um violinista, que toca a mesma nota em diferentes oitavas movendo seu dedo ao longo da corda do instrumento.

O que os cientistas fizeram é muito parecido, usando um fenômeno correlato, criando "harmônicos de luz".

A diferença é que não dá para manipular a luz com os dedos: o grupo demonstrou o conceito em um cristal e em uma câmara de gás sob alta pressão.

Estudo de materiais e medicina

Enquanto um violinista obtém algumas poucas oitavas, a técnica de manipulação das ondas de luz, chamada HHG (high-harmonic generation: harmônicos de alta ordem), alcança uma geração de harmônicos muito maior.

"Normalmente em ciência você se depara com uma escala que impede que você dê saltos dramáticos. Mas, neste caso, nós conseguimos gerar 1,6 keV - cada fóton de raio X foi gerado por mais de 5.000 fótons infravermelhos," conta o pesquisador.

É alguma coisa como tocar uma nota 5.000 oitavas acima.

Os elétrons são seletivamente excitados e relaxados pela luz infravermelha, que emerge do outro lado como um feixe de raios X de altíssima qualidade e precisão. Ou seja, a luz infravermelha faz os átomos emitirem raios X.

A técnica conseguiu produzir pulsos de raios X de 2,5 attossegundos de duração, na fronteira do menor tempo já medido pelo homem.

Isto representa uma nova forma de geração de raios X, uma tecnologia cada vez mais importante para o estudo de materiais em nível atômico, assim como para a análise de fenômenos que ocorrem em escala temporais muito curtas, como as reações químicas.

E, claro, para uso em biomedicina.

A nova técnica "definitivamente abre possibilidades para estudarmos as mais curtas escalas de tempo e espaço relevantes para qualquer processo em nosso mundo natural."
[Imagem: Popmintchev et al./Science]

Escalas de tempo e espaço

A técnica é muito versátil: ela pode gerar feixes de luz coerentes e altamente direcionais, similares a um laser, do ultravioleta aos raios X, e toda a faixa de frequência entre os dois. Ou seja, um verdadeiro arco-íris de alta energia.

É o que o grupo chama de um "super-continuum" de luz.

"Esta é a fonte de luz coerente de maior banda espectral já produzida," afirmou Henry Kapteyn, membro da equipe. "Ela definitivamente abre possibilidades para estudarmos as mais curtas escalas de tempo e espaço relevantes para qualquer processo em nosso mundo natural."

O avanço agora obtido fundamenta-se em desenvolvimentos anteriores do grupo, quando eles desenvolveram um laser na faixa do ultravioleta extremo e um feixe de luz ultravioleta mais preciso do que um laser.

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