Criado primeiro laser de raios X atômico (o mais puro de todos)

Redação do Site Inovação Tecnológica – 26/01/2012

Criado primeiro laser de raios X atômico

O laser de raios X atômico, ultra-puro, é produzido bombardeando átomos do gás nobre neônio com feixes de raios X. A gravura ilustra os raios de entrada e de saída.[Imagem: Gregory M. Stewart, SLAC]

Melhor que o melhor

Há poucos meses, uma equipe internacional de cientistas criou o longamente esperado laser de raios X.

Agora, um grupo alemão usou o mesmo laboratório para criar o primeiro laser de raios X atômico, ou seja, emitido a partir do bombardeamento de átomos com raios X muito poderosos.

A equipe do Grupo de Estudos Avançados do Instituto Max Planck usou o LCLS (Linac Coherent Light Source), uma fonte de raios X recém-inaugurada na Universidade de Stanford, nos Estados Unidos.

Laser atômico

Os pulsos de raios X – cada um cerca de um bilhão de vezes mais intenso do que qualquer outro disponível antes – arrancaram elétrons das camadas internas de átomos do gás nobre neônio, preso no interior de uma cápsula.

Quando outros elétrons caem de suas camadas mais altas para preencher as lacunas, cerca de 1 átomo em cada 50 responde emitindo um fóton na faixa dos raios X, com um comprimento de onda extremamente curto.

Esses raios X secundários foram então “estimulados” na vizinhança de outros átomos de neon para que novos pulsos ultra-curtos de raios X fossem gerados.

Isso criou um efeito dominó que amplificou a luz de raios X secundária cerca de 200 milhões de vezes.

Como os pulsos assim emitidos são coerentes, a emissão forma um laser de raio X extremamente puro.

“Nós vislumbramos cientistas usando esse novo tipo de laser para todo tipo de coisas interessantes, como identificar os detalhes das reações químicas ou acompanhar moléculas biológicas trabalhando,” disse Nina Rohringer, coordenadora do estudo.

Diferenças entre os lasers de raios X

Embora o laser de raios X anunciado anteriormente e o novo laser de raios X atômico sejam ambos lasers, eles emitem a luz de forma diferente e com características diferentes.

O LCLS arremessa elétrons de alta energia através de campos magnéticos alternados, gerando pulsos de raios X muito brilhantes e muito mais potentes.

Já o novo laser de raios X atômico, que havia sido previsto na teoria em 1967, tem apenas um oitavo do comprimento de onda e sua cor é muito mais pura.

Essas qualidades vão permitir que ele distinga detalhes ainda não conhecidos de reações químicas ultra-rápidas, como as da fotossíntese, eventualmente levando ao desenvolvimento da fotossíntese artificial.

 

Laser de raios X é o laser mais puro do mundo

Com informações da Physical Review Focus – 07/10/2011

Laser de raios X é o laser mais puro do mundo

O SLAC é a fonte de raios X mais puro já medida, o que ajudará a desvendar a estrutura atômica dos materiais. [Imagem: SLAC]

O primeiro laser de raios X do mundo não é só mais um laser, é o melhor de todos.

De remédios à arqueologia

Pesquisadores analisaram os primeiros resultados do LCLS (Linac Coherent Light Source), uma fonte de raios X recém-inaugurada na Universidade de Stanford, nos Estados Unidos.

Eles mediram a coerência do laser – o grau em que as ondas de luz são sincronizadas – e descobriram que o LCLS produz a mais coerente radiação de raios X já medida.

Com um feixe de tão alta qualidade, a máquina é capaz de determinar a estrutura atômica de materiais com um nível de precisão sem precedentes.

Isto será útil em campos tão diversos quanto a descoberta de novos medicamentos, a engenharia de materiais e até a arqueologia.

Laser de raios X

Desde a invenção do maser, em 1957 – o antecessor de micro-ondas do raio laser de luz visível – cientistas têm desenvolvido lasers com comprimentos de onda cada vez mais curtos, aplicando-os a uma crescente variedade de propósitos.

Mas fazer lasers com comprimentos de onda muito curtos é um desafio.

Para que uma fonte de luz seja declarada um laser, a maioria dos seus fótons deve ser coerente – eles devem oscilar em sincronia.

Uma alta coerência significa que a luz vai difratar mais precisamente, o que, para um feixe de raios X, significa imagens mais nítidas da estrutura atômica que está sendo estudada.

Laser de raios X é o laser mais puro do mundo

Um laser tão puro é capaz de gerar uma fotografia da amostra com um grande campo de visão, da largura de milhares de átomos. [Imagem: SLAC]

Feixes de laser também têm vários padrões – ou modos – de oscilação, assim como instrumentos de cordas e tambores, e o feixe ideal tem todos os seus fótons contribuindo para um único modo.

Quando o LCLS começou a operar, a evidência para uma luz verdadeiramente laser foi a presença de pulsos de raios X brilhantes, monocromáticos e altamente focados.

No entanto, até agora, as estimativas da coerência da luz eram baseadas unicamente em simulações.

Melhor laser do mundo

Agora, os cientistas mediram na prática um tempo de coerência de 0,55 femtossegundo, o que significa que o pulso tem efetivamente a mesma cor e intensidade durante esse intervalo de tempo, equivalente a uma distância de cerca de 150 nanômetros ao longo da direção do feixe.

Assim, uma amostra de 150 nanômetros de profundidade pode ser iluminada com luz coerente de uma única vez, gerando uma fotografia da amostra com um grande campo de visão, da largura de milhares de átomos.

Ter este nível de coerência significa que a maioria dos fótons está confinada a um único modo espacial.

Cerca de 78% dos fótons do laser de raios X estavam no modo dominante, em comparação com menos de 1% em uma fonte de luz síncrotron de raios X típica.

Bibliografia:
Coherence Properties of Individual Femtosecond Pulses of an X-Ray Free-Electron Laser
I. A. Vartanyants et al.
Physical Review Letters
Vol.: 107, 144801 (2011)
DOI: 10.1103/PhysRevLett.107.144801

Atomic inner-shell X-ray laser at 1.46 nanometres pumped by an X-ray free-electron laser
Nina Rohringer, Duncan Ryan, Richard A. London, Michael Purvis, Felicie Albert, James Dunn, John D. Bozek, Christoph Bostedt, Alexander Graf, Randal Hill, Stefan P. Hau-Riege, Jorge J. Rocca
Nature
26 January 2012
Vol.: 481, 488-491
DOI: 10.1038/nature10721

Anúncios

Publicado em 26/01/2012, em Ciência e tecnologia. Adicione o link aos favoritos. Deixe um comentário.

Deixe um comentário

Preencha os seus dados abaixo ou clique em um ícone para log in:

Logotipo do WordPress.com

Você está comentando utilizando sua conta WordPress.com. Sair / Alterar )

Imagem do Twitter

Você está comentando utilizando sua conta Twitter. Sair / Alterar )

Foto do Facebook

Você está comentando utilizando sua conta Facebook. Sair / Alterar )

Foto do Google+

Você está comentando utilizando sua conta Google+. Sair / Alterar )

Conectando a %s

%d blogueiros gostam disto: