Laser gera feixes coloridos e controlados de raios X

Redação do Site Inovação Tecnológica -  29/08/2016

Os feixes de laser com polarização oposta (vermelho) cruzam no interior de um gás, produzindo feixes separados de raios X com características cuidadosamente controladas. [Imagem: The Kapteyn/Murnane Group/Steve Burrows/JILA]

Luz que guia luz

Cruzando dois feixes ultrarrápidos de laser com polarizações opostas no interior de um gás, físicos conseguiram controlar a produção, a direção e a polarização de outros feixes na faixa do ultravioleta extremo aos raios X.

Isto torna possível manipular feixes de raios X utilizando simplesmente luz visível, sem precisar dos aparatos de óptica grandes e caros necessários para isso até agora.

No processo, os pulsos de laser arrancam elétrons dos átomos do gás e aceleram esses elétrons para energias mais altas. Os elétrons então se chocam com os íons gerados - os átomos que tiveram seus elétrons arrancados -, criando pulsos de luz em frequências que são harmônicas da frequência do laser original.

O novo método não só preserva a útil coerência da luz laser - são lasers de raios X -, como também gera uma série de feixes de raios X perfeitos, com direção e polarização controladas.

Mais interessante ainda, as diferentes "cores" de raios X surgem em ângulos distintos, facilitando seu isolamento, criando feixes separados com diferentes comprimentos de onda e polarizações. Assim, torna-se possível produzir feixes de laser de raios X com características específicas para atender às necessidades de cada experimento.

Reações químicas e materiais biológicos

Esses pulsos serão utilizados para a observação de reações químicas ou para estudar os movimentos dos elétrons dentro dos átomos, tudo usando aparelhos de pequenas dimensões, que cabem sobre uma mesa, e realizando medições de eventos que ocorrem nas mais rápidas escalas de tempo - femtossegundos (10^-15 segundos) e attossegundos (10^-18 segundos).

Esses feixes também são adequados para o estudo de materiais magnéticos e moléculas quirais, como proteínas ou DNA, que vêm em versões esquerda e direita.

Na verdade, a técnica é tão nova que a equipe ainda não sabe dizer quais são seus limites. Eles vão começar agora a analisar quais são os limites de energia dos pulsos gerados, o quanto conseguem reduzir a duração dos pulsos e quão brilhantes eles podem ser.

Bibliografia:

Non-collinear generation of angularly isolated circularly polarized high harmonics
Daniel D. Hickstein, Franklin J. Dollar, Patrik Grychtol, Jennifer L. Ellis, Ronny Knut, Carlos Hernández-García, Dmitriy Zusin, Christian Gentry, Justin M. Shaw, Tingting Fan, Kevin M. Dorney, Andreas Becker, Agnieszka Jaron-Becker, Henry C. Kapteyn, Margaret M. Murnane, Charles G. Durfee
Nature Photonics
Vol.: 9 (11): 743
DOI: 10.1038/nphoton.2015.181