Nanotecnologia

Pulso de luz mais rápido do mundo mostra elétrons em câmera lenta

Redação do Site Inovação Tecnológica -  14/11/2017

O homem nunca havia feito nada nessa escala temporal: 1 attossegundo está para 1 segundo assim como 1 segundo está para a idade do Universo.[Imagem: Thomas Gaumnitz et al. - 10.1364/OE.25.027506]

Frações de segundo

As medições do tempo estão ficando tão inimaginavelmente precisas que muitos físicos já falam em parar o tempo.

Em 2010, quando o recorde mundial do menor tempo já medido foi batido em um experimento inovador, físicos alemães geraram um pulso de luz com duração de 4,3 femtossegundos, com uma precisão de 12 attossegundos para mais ou para menos.

Agora, o que era margem de erro virou marca: uma equipe do Instituto Federal Suíço de Tecnologia (ETH) produziu um pulso de laser de raios X que dura 43 attossegundos.

Um piscar de olhos é literalmente uma eternidade para eventos que acontecem nessa escala temporal. Femtossegundos equivalem a 10^-15segundos e attossegundos a 10^-18 segundos - 1 attossegundo está para 1 segundo assim como 1 segundo está para a idade do Universo.

Escala temporal dos elétrons

Essa precisão suíça é necessária porque os estudos estão se aprofundando tanto na matéria que torna-se necessário captar processos que ocorrem em escalas temporais muito diferentes das humanas.

As moléculas, por exemplo, rotacionam na casa dos picossegundos (10^-12 segundos), seus átomos vibram na faixa dos femtossegundos e os elétrons se movem na casa dos attossegundos.

Isso significa que, usando o laser pulsado agora desenvolvido será possível observar como os elétrons se movem dentro de uma molécula ou como as ligações químicas são formadas.

Esquema do experimento onde são gerados os pulsos de luz que permitem rastrear elétrons individuais. [Imagem: Thomas Gaumnitz et al. - 10.1364/OE.25.027506]

Espectroscopia do atemporal

Thomas Gaumnitz e seus colegas até já deram um nome para essa nova forma de ver as coisas: espectroscopia de attossegundos.

Eles esperam que sua técnica ajude a fabricar células solares mais eficientes, uma vez que é agora será possível acompanhar o processo de excitação da luz solar desde a chegada do fóton até a geração da eletricidade, passo a passo.

Ou conhecer melhor o olho humano. Nossa retina é tão eficiente para converter fótons em sinais nervosos - detectando a luz - graças a uma molécula chamada rodopsina, que tem uma estrutura que pode se alterar tão rapidamente que a permite detectar a chegada de um único fóton. Se a reação na rodopsina fosse só um pouco mais lenta, nossa visão não funcionaria porque a energia de um fóton é convertida em calor em uns poucos picossegundos.

E a ferramenta também poderá ser usada de forma ativa, manipulando diretamente as reações químicas - mesmo ligações químicas podem ser quebradas brecando o deslocamento das cargas elétricas em pontos definidos no interior de uma molécula. Essa intervenção nas reações químicas não era possível até agora porque a escala temporal do movimento dos elétrons nunca havia sido alcançada.

Bibliografia:

Streaking of 43-attosecond soft-X-ray pulses generated by a passively CEP-stable mid-infrared driver
Thomas Gaumnitz, Arohi Jain, Yoann Pertot, Martin Huppert, Inga Jordan, Fernando Ardana-Lamas, Hans Jakob Wörner
Optics Express
Vol.: 25, Issue 22, pp. 27506-27518
DOI: 10.1364/OE.25.027506