Efeito fotoelétrico: elétrons hesitam ao serem atingidos pelos fótons

Redação do Site Inovação Tecnológica - 25/06/2010

O movimento dos elétrons em dimensões muito pequenas determina o rumo de todos os processos biológicos e químicos, para não mencionar a velocidade dos microprocessadores.
[Imagem: MPQ]

Fotoemissão

Quando os fótons atingem os átomos, sendo absorvidos por eles, os elétrons atingem o chamado estado excitado. Se os fótons tiverem energia suficiente, os elétrons podem ser ejetados do átomo.

Esse efeito, conhecido como fotoemissão, foi explicado por Einstein mais de cem anos atrás e lhe valeu o Prêmio Nobel, e é a base do funcionamento das células solares e de uma série de outras tecnologias.

Até hoje, tem sido assumido que, imediatamente após o impacto dos fótons, os elétrons começam a sair do átomo.

Este ponto no tempo pode ser detectado e, ao longo deste mais de um século, ele tem sido considerado como coincidente com o momento da chegada do pulso de luz, ou seja, como o "tempo zero" na interação da luz com a matéria.

Tempo zero do efeito fotoelétrico

Mas não é bem assim. Ou, pelo menos, é ligeiramente diferente disso. Mais propriamente, é cerca de 20 attossegundos diferente.

Um attossegundo é um bilionésimo de um bilionésimo de segundo, estando para um segundo assim como um segundo está para a idade do Universo. O recorde mundial de medição do tempo - um recorde do menor tempo já medido - tem uma incerteza de 12 attossegundos.

Usando a mesma tecnologia usada nessa medição de tempos ultra-curtos, uma equipe de físicos da Alemanha, Áustria, Grécia e Arábia Saudita pôde, pela primeira vez, verificar que o "tempo zero" do efeito fotoelétrico não é exatamente zero.

Suas medições revelaram que os elétrons de diferentes orbitais atômicos excitados simultaneamente por um pulso de luz deixam o átomo com um intervalo de tempo pequeno, mas mensurável, de cerca de vinte attossegundos.

Esta descoberta contradiz a hipótese histórica anterior de que os elétrons deixam o átomo imediatamente após o "impacto" do pulso de luz. E o impacto sobre a física é tão significativo que a medição mereceu a capa da edição de hoje da revista Science.

Interação entre elétrons

O estudo aponta uma provável causa da "hesitação" dos elétrons em deixarem o átomo: os elétrons interagem não apenas com seu núcleo atômico, mas são também influenciados uns pelos outros.

Essa interação elétron-elétron seria a responsável pelo ligeiro retardamento da partida do elétron em relação ao momento em que ele é atingido pela luz incidente.

"Essas interações ainda muito mal compreendidas têm uma influência fundamental sobre os movimentos dos elétrons em dimensões muito pequenas, determinando o rumo de todos os processos biológicos e químicos, para não mencionar a velocidade dos microprocessadores," afirma Ferenc Krausz, coautor da pesquisa.

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