Rumo a uma câmera capaz de filmar elétrons

Redação do Site Inovação Tecnológica - 18/08/2011

A duração dos pulsos de laser está para 1 segundo assim como 1 segundo está para a idade do Universo.
[Imagem: MIT/Shu-Wei Huang]

Lasers que emitem pulsos ultra-curtos, cada um com uma duração de um quintilionésimo de segundo, são capazes de monitorar o comportamento de elétrons individuais durante as reações químicas.

E uma equipe internacional de pesquisadores agora deu um passo concreto rumo à possibilidade de filmar elétrons individuais, o que permitirá acompanhar com detalhes sem precedentes como as moléculas interagem durante as reações químicas.

Quando o tempo fica curto

Tudo começa com um laser capaz de emitir pulsos na escala de attossegundo - 1 bilionésimo de 1 bilionésimo de segundo. Esta é a escala do recorde mundial do menor tempo já medido.

Embora 1 attossegundo esteja para 1 segundo assim como 1 segundo está para a idade do Universo, é nessa escala que as coisas acontecem no mundo molecular. Por exemplo, o elétron de um átomo de hidrogênio leva 151 attossegundos para orbitar seu núcleo.

Pulsos de attossegundos já foram demonstrados em laboratório antes, mas sem a potência necessária para serem usados em espectroscopia com resolução temporal, a técnica usada para medir a dinâmica de elétrons.

"Se você puder gerar um pulso de duração mais curta, então você poderá estudar a dinâmica do que acontece nessa escala de tempo," afirmou Franz Kaertner, no Instituto de Tecnologia de Massachusetts (MIT).

Luz combinada

Os pesquisadores agora idealizaram uma técnica que combina feixes de laser não tão precisos, para gerar os pulsos muito precisos necessários para a tarefa.

As luzes de dois lasers, de frequências diferentes (verde e vermelha) são combinadas para formar uma nova onda (amarela) que, por sua vez, atravessa um gás azul.

A luz excita os átomos no gás, que liberam seu excesso de energia na forma de luz de uma frequência ainda mais alta, ou seja, de pulsos muito mais curtos que a luz original.

Para que a técnica funcione, os dois feixes de laser originais (verde e vermelho) precisam estar sincronizados. Por isso, os cientistas usaram um cristal para dividir o feixe de um único laser.

Falta de potência

A solução, contudo, trouxe de volta o problema da falta de potência.

No momento, o feixe está passando por dois amplificadores, mas a quantidade de fótons gerados pelo gás ainda não é suficiente para a espectroscopia com resolução temporal.

Os cientistas calculam que bastará adicionar mais um amplificador para atingir a intensidade necessária. Mas isto não foi tão fácil quanto eles imaginavam, colocando "alguns desafios de engenharia".

"Pode haver alguns desafios, mas isto poderá ser feito," garante Ian Walmsley, da Universidade de Oxford.

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