Technology Spain , Salamanca, Wednesday, June 13 of 2012, 15:37

Universidade de Salamanca consegue criar raios X coerentes e intensos por laser, o que foi publicado na “Science”

Trabalho está na edição de 8 de junho de 2012 da prestigiosa revista científica, com participação das universidades do Colorado, Cornell e Viena

JPA/DICYT Pesquisadores do Grupo de Ótica Extrema da Universidade de Salamanca publicaram um artigo na prestigiada revista científica “Science” na edição do dia 8 de junho de 2012. O trabalho, em que participam as universidades norte americanas de Colorado e Cornell, além da austríaca de Viena, demonstra pela primeira vez que é possível criar raios X de maneira eficiente utilizando um laser intenso “de mesa”, já que cabe em um espaço muito reduzido. Os raios X produzidos são coerentes, isso é, mantém uma regularidade que permite realizar medidas muito precisas e abre portas a muitos desenvolvimentos tecnológicos.

 

“É uma nova fonte de raios X coerentes e isto significa que a luz dos raios X está bem caracterizada espacialmente e temporalmente”, explica em declarações a DiCYT Carlos Hernández García, autor da publicação por parte da Universidade de Salamanca com Luis Plaja. Ambos conseguiram coletar o trabalho realizado durante anos pelo Grupo de Ótica Extrema da Universidade de Salamanca, convertendo-se em um dos maiores especialistas do mundo neste campo.

 

“Demonstramos experimentalmente que é possível criar raios X com laseres que cabem em uma mesa”, agrega. “Por outro lado, os cálculos teóricos do grupo de Salamanca indicam que os raios X são emitidos em pulsos muito curtos, de mil trilionésimos de segundos (de 1/1.000.000.000.000.000 parte de um segundo), extremo que é impossível medir experimentalmente hoje.

 

“Como uma orquestra”

 

Do processo participam muitos átomos e cada um emite raios X, mas a soma deles é coerente, isso é, “é como se tivéssemos uma orquestra e pela primeira vez conseguíssemos fazer com que todos os músicos tocassem ao mesmo tempo, produzindo uma melodia coerente”, comenta Carlos Hernández. Ademais, isto é possível entre átomos muito dispersos, “se o diretor da orquestra é o laser, conseguimos fazer com que as ordens da liderança cheguem a músicos localizados em lugares muito separados, é como sincronizar uma orquestra do tamanho da superfície da Terra”.

 

“O comprimento da onda dos raios X é 1.000 vezes mais curto do que o da luz visível, tem grande capacidade para penetrar nos materiais, de modo que os raios X coerentes produzidos neste trabalho são revolucionariamente promissores como ferramentas para entender e controlar como funciona o mundo na escala nanométrica, para uma próxima geração de aplicações eletrônicas, armazenamento de informação e diagnóstico médico”, afirmam os pesquisadores de Salamanca.

 

Carlos Hernandez realizou parte de sua pesquisa na Universidade de Colorado, que está desenvolvendo esta fonte de raios X nos últimos 10 anos. Enquanto as Universidades do Colorado e Técnica de Viena desenvolveram a parte experimental, Salamanca e Cornell dedicaram-se à parte teórica.

 

O Grupo de Ótica Extrema de Salamanca conseguiu simular o processo de geração de harmônicos, a soma coerente de todos os átomos, e prever qual seria a duração dos raios X. É a primeira vez que se simula este tipo de experimento. As simulações teóricas prevêem aspectos da radiação produzida que não podem ser medidos com a tecnologia atual, mas que são extremamente importantes.

 

O futuro da pesquisa

 

O desenvolvimento futuro desta pesquisa caminha para conseguir gerar raios X duros, pulsos de raios X com durações menores que o attosegundo e aliar-se com os laseres de elétrons livre, que também são capazes de gerar raio X, mas de menor coerência, utilizando grandes instalações ligadas a aceleradores de partículas convencionais. “A combinação dos dois métodos permite pensar em uma estratégia comum na qual o sistema que apresentamos proporcione um sinal de alta qualidade para ser amplificado nas diferentes etapas que compõem o laser de elétrons livres”, declaram os cientistas.

 

Finalmente, Carlos Hernández e Luis Plaja afirmam que esta pesquisa é o resultado de um colaboração internacional, que demonstra novamente que a Ciência não tem fronteiras. No entanto, para participar neste tipo de alianças é preciso contar com um financiamento estável e atualmente a pesquisa na Espanha passa por um período de incertezas.

 

O que pode ser feito com os raios X moles?

 

O objetivo dos pesquisadores é que esta tecnologia laser, que atualmente conseguiu gerar raios X moles, avance até ser capaz de conseguir raios X duros, que teriam maiores aplicações porque são utilizados, por exemplo, no âmbito da biomedicina, por serem capazes de penetrar nos tecidos biológicos. No entanto, as possibilidades dos raios X moles desenvolvidos com este sistema laser já são muitas. Os pesquisadores de Salamanca enumeraram as principais:

 

  1. Medir moléculas e dispositivos tecnológico do tamanho de um nanômetro (milionésima de milímetro). As ondas coerentes têm suas cristas em intervalos regulares. Isto permite medir distâncias contando o número de cristas entre dois pontos de espaço. A resolução da medida depende, obviamente, da distância entre cristas. Esta distância é o comprimento da onda da radiação. Para a maioria dos laseres tem comprimento de onda próximo ao mícron (milésima de milímetro) e, por exemplo, podem ser aplicados para medir a rugosidade em superfícies dessa ordem, ou medidas de distâncias com esta mesma precisão. Os raios X possuem longitudes de onde milhares de vezes menores que as visíveis, o que permite medir tamanhos muito menores como, por exemplo, as dimensões de algumas moléculas ou dos dispositivos nanotecnológicos.

 

  1. Microscopia nanoscópica. Qualquer imagem tem uma resolução mínima. Não é tanto um problema tecnológico, mas da própria natureza da luz: Sabemos que a luz se dispersa completamente ao iluminar objetos de tamanho igual ou menor que sua longitude de onda. A luz assim dispersada perde toda a informação sobre a estrutura e tamanho do objeto. Os raios X, portanto, oferecem resoluções nanométricas, o que permite resolver estruturas espaciais muito pequenas como, por exemplo, as partes integrantes dos vírus menores.

 

  1. Física atômica de alta energia (chegar aos elétrons do interior do átomo). Os laseres convencionais somente interagem com os elétrons mais superficiais dos átomos. Graças a eles temos uma idéia precisa dos processos que ocorrem neste nível. No entanto, os elétrons internos se encontram fora de seu alcance: são tão energéticos que não é possível pertubá-los ou controlá-los com fótons de radiação visível. Os raios X interagem com estes elétrons proporcionando informação sobre os processos realizados no interior do átomo.

 

4. Observação ultra-rápida. Do mesmo modo que as ondas do mar tranqüilo, os feixes coerentes não só são regulares no espaço, como também no tempo. A regularidade no tempo transcorrido entre duas cristas da onda nos proporciona um relógio para medir os processos de uma Natureza. Para os laseres convencionais, este relógio é muito preciso: tem uma resolução de cerca de um femtosegundo (mil trilionésimo de um segundo, isto é, 1/1.000.000.000.000.000 de um segundo), o que permite resolver o desenvolvimento de reações químicas. Os fenômenos físicos fundamentais são cem vezes mais rápidos, o que requer radiação coerente de freqüência muito maior do que a visível, isso é, raios X. De fato, em nossa contribuição os raios X gerados oscilam ainda mais rapidamente, o que possibilita atingir resoluções temporais menores do que attosegundo (um trilionésimo de um segundo, isto é, 1/1.000.000.000.000.000.000 de um segundo).