Cientistas criam o primeiro laser de raios X atômico

De acordo com novo estudo, descoberta torna real uma previsão feita há 45 anos e abre portas para novos achados científicos

Pesquisadores do Departamento de Energia dos Estados Unidos (SLAC National Acceleration Laboratory) criaram o mais curto e mais puro laser de raios X já feito no mundo. A descoberta torna real uma previsão feita há 45 anos e abre portas para uma gama de futuros achados científicos.

Os raios X dão uma visão penetrante sobre o mundo dos átomos, dizem cientistas

De acordo com novo estudo, publicado na revista 'Nature', os cientistas usaram o LCLS (Linac Coherent Light Source), um laser de raios X de elétrons livres, em uma cápsula de gás néon, que deu início a uma avalanche de emissões de raios X e fez surgir o primeiro "laser de raios X atômico".
"Os raios X nos dão uma visão penetrante sobre o mundo dos átomos e das moléculas", disse o físico Rohringer Nina, que liderou a pesquisa e contou com apoio do Grupo de Estudo Avançado Max Planck, em Hamburgo, na Alemanha, além de estudiosos do Laboratório Nacional Lawrence Livermore e da Universidade Estadual do Colorado.
"Nós prevemos que pesquisadores vão usar este novo laser para todos os tipos de coisas interessantes, como trazer à tona os detalhes de reações químicas ou assistir moléculas biológicas trabalhando", disse Rohringer Nina. "Quanto menor o pulso, mais rápidas as mudanças que podemos capturar. E quando mais pura a luz, mais nítidos serão os detalhes a serem vistos".

Segundo uma previsão de 1967, lasers de raios X poderiam ser feitos da mesma forma que os lasers de luz visível. Ou seja: induzindo os elétrons de nível mais alto de energia a caírem para o menor nível de energia dentro dos átomos, o que os faz liberar uma única cor de luz. No entanto, até 2009, quando o LCLS era ligado, nenhuma fonte de raios X tinha sido poderosa o suficiente para criar este tipo de laser.
Para fazer o laser atômico, os poderosos pulsos de raios X do LCLS - um bilhão de vezes mais brilhantes do que qualquer outro - bateram nos elétrons, de modo que estes saíssem do interior de muitos átomos de néon na cápsula. Quando os elétrons caíram para preencher os buracos, um em cada 50 átomos reagiram emitindo um fóton na faixa dos raios X, que tem um comprimento de onda muito curto. Os raios X, em seguida, estimularam os átomos de néon vizinhos a emitirem mais raios X, criando um efeito dominó que amplificou a luz do laser em 200 milhões de vezes.

Embora o LCLS e a cápsula de néon são ambos lasers, eles criaram uma luz de diferentes maneiras e a emitiram com diferentes atributos. O LCLS passa elétrons de alta energia através de campos magnéticos alternados para desencadear a produção de raios X, por isso seus pulsos de raios X são mais brilhantes e muito mais poderosos. Já os pulsos do laser atômico são apenas um oitavo de comprimento e suas cores são muito mais puras, qualidades que lhe permitem esclarecer e distinguir detalhes de reações ultrarrápidas que tinham sido impossíveis de ver antes.
"Essa conquista abre a porta para um novo campo das capacidades dos raios X", disse John Bozek, cientista do instrumento LCLS . "Os pesquisadores certamente vão querer novas instalações para aproveitar este novo tipo de laser".

Estudiosos já planejam usar tanto o LCLS como os pulsos de laser atômico em um soco 1-2 sincronizado: o primeiro laser provoca uma mudança na amostra em estudo e o segundo registra com precisão, em escala atômica, as alterações ocorridas em menos de segundos.
Em experimentos futuros, Rohringer espera tentar criar pulsações ainda mais curtas, de alta energia atômica, em que os lasers de raios X usem oxigênio, nitrogênio ou gás de enxofre.
　
Da Redação com Estadão.com.br