Cientistas isolam pedaços de luz

Redação do Site Inovação Tecnológica - 09/09/2011

Feixes de canais individuais produzem pulsos no ultravioleta (azul), visível (amarela) e infravemelho próximo (magenta).
[Imagem: Thorsten Naeser]

Pontos discretos de luz

Ondas possuem picos e vales, sejam elas as ondas do mar ou as ondas da energia eletromagnética - a luz.

Quando duas ondas, com diferentes comprimentos de onda, se sobrepõem precisamente, esses padrões de picos e vales - um ciclo - se tornam mais complexos e menos repetitivos.

Eventualmente, com o prosseguir da interação, não haverá mais nenhum ciclo, apenas um ponto isolado, apontando em alguma direção específica.

Esta era, até agora, apenas a teoria.

Sintetizador de luz

Mas Adrian Wirth e seus colegas do Instituto Max Planck de Óptica Quântica, na Alemanha, acabam de confinar um feixe de luz de grande espectro em pulsos que são mais curtos do que um único ciclo óptico.

A luz original é um feixe de laser branco, que contém comprimentos de onda que vão do infravermelho próximo ao ultravioleta, passando pelo espectro visível - uma espécie de super arco-íris.

Esse laser branco é dirigido para o "sintetizador luminoso", o novo aparato criado pelos pesquisadores.

De forma similar a um sintetizador de som, que superpõe as ondas sonoras de diferentes frequências para criar sons e ritmos diferentes, o sintetizador de luz superpõe ondas ópticas de diferentes cores e fases para criar vários formatos de onda.

Fotografia do protótipo do "sintetizador de campo luminoso", ou sintetizador de luz, que transforma um feixe de luz em pacotes sub-ciclos de luz. Os feixes são visualizados com a ajuda de vapor de nitrogênio.
[Imagem: Thorsten Naeser]

Pacotes de luz

O resultado é um pacote único de luz - algo como um "pedaço de luz" - mais curto do que uma onda completa da luz.

Essa "luz sem ciclo" compacta todas as interações entre os diversos comprimentos de onda em um único ponto luminoso.

O feito cria uma nova ferramenta que deverá viabilizar o estudo da dinâmica dos elétrons de uma forma que não era possível até agora, porque essas alterações eletrônicas acontecem em escalas temporais muito pequenas.

Isto permitirá, por exemplo, que os cientistas acompanhem os detalhes das reações químicas, hoje basicamente restritas ao "antes e depois" da própria reação.

Estudo das reações químicas

"A produção de transientes ópticos de sub-ciclo abre novas perspectivas para dirigir o movimento dos elétrons em escala atômica com a força elétrica da luz, assim como para conduzir complexas dinâmicas nas camadas de valência de moléculas," escrevem os pesquisadores.

Esta ferramenta será crucial para o desenvolvimento da chamada fotossíntese artificial, que depende da compreensão detalhada das reações químicas que os fótons do Sol induzem nas plantas - é "só isto" o que falta para que se possa criar uma nova fonte de energia limpa, de alta eficiência e totalmente renovável.

Os processos eletrônicos que ocorrem durante as reações químicas envolvem tempos em uma escala cuja unidade são os attossegundos - 1 attossegundo equivale a 1 bilionésimo de 1 bilionésimo de segundo - veja Batido recorde mundial do menor tempo já medido.

No primeiro experimento realizado usando a nova ferramenta, os cientistas arrancaram o elétron da camada mais externa de um átomo do gás criptônio. O processo levou 700 attossegundos - o processo mais rápido já induzido opticamente até hoje.

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