p Uma equipe internacional de físicos monitorou o comportamento de espalhamento de elétrons em um material não condutor em tempo real. Suas percepções podem ser benéficas para a radioterapia. p Podemos nos referir aos elétrons em materiais não condutores como "lentos". Tipicamente, eles permanecem fixos em um local, profundamente dentro de um composto atômico. É, portanto, relativamente imóvel em uma rede de cristal dielétrico. Este idílio foi agora fortemente abalado por uma equipe de físicos liderada por Matthias Kling, o líder do grupo Ultrafast Nanophotonics no Departamento de Física da Ludwig-Maximilians-Universitaet (LMU) em Munique, e várias instituições de pesquisa, incluindo o Instituto Max Planck de Óptica Quântica (MPQ), o Instituto de Fotônica e Nanotecnologias (IFN-CNR) em Milão, o Instituto de Física da Universidade de Rostock, o Instituto Max Born (MBI), o Center for Free-Electron Laser Science (CFEL) e a Universidade de Hamburgo. Pela primeira vez, esses pesquisadores conseguiram observar diretamente a interação da luz e elétrons em um dielétrico, um material não condutor, em escalas de tempo de attossegundos (bilionésimos de bilionésimo de segundo). O estudo foi publicado na última edição da revista. Física da Natureza .

p Os cientistas enviaram flashes de luz com duração de apenas algumas centenas de attossegundos em partículas de vidro de 50 nanômetros de espessura, que liberou elétrons dentro do material. Simultaneamente, eles irradiaram as partículas de vidro com um campo de luz intenso, que interagiu com os elétrons por alguns femtossegundos (milionésimos de bilionésimo de segundo), fazendo-os oscilar. Isso resultou, geralmente, em duas reações diferentes pelos elétrons. Primeiro, eles começaram a se mover, então colidiu com átomos dentro da partícula, elástica ou inelástica. Por causa da densa estrutura de cristal, os elétrons podiam se mover livremente entre cada uma das interações por apenas alguns ångstrom (10-10 metros). "Análogo ao bilhar, a energia dos elétrons é conservada em uma colisão elástica, enquanto sua direção pode mudar. Para colisões inelásticas, os átomos são excitados e parte da energia cinética é perdida. Em nossos experimentos, esta perda de energia leva ao esgotamento do sinal de elétrons que podemos medir, "explica a professora Francesca Calegari (CNR-IFN Milan e CFEL / Universidade de Hamburgo).

p Uma vez que o acaso decide se uma colisão ocorre elasticamente ou inelástica, com o tempo, colisões inelásticas eventualmente ocorrerão, reduzindo o número de elétrons que se espalharam apenas elasticamente. Empregando medições precisas das oscilações dos elétrons dentro do campo de luz intensa, os pesquisadores descobriram que leva cerca de 150 attossegundos, em média, até que elétrons em colisão elástica deixem a nanopartícula. "Com base em nosso modelo teórico recém-desenvolvido, poderíamos extrair um tempo de colisão inelástica de 370 attossegundos do retardo de tempo medido. Isso nos permitiu cronometrar esse processo pela primeira vez, "descreve o professor Thomas Fennel da Universidade de Rostock e do Instituto Max Born de Berlim em sua análise dos dados.

p As descobertas dos pesquisadores podem beneficiar aplicações médicas. Com essas primeiras medições ultrarrápidas mundiais de movimentos de elétrons dentro de materiais não condutores, eles obtiveram informações importantes sobre a interação da radiação com a matéria, que compartilha semelhanças com o tecido humano. A energia dos elétrons liberados é controlada com a luz incidente, de modo que o processo pode ser investigado para uma ampla gama de energias e para vários dielétricos. "Cada interação da radiação de alta energia com o tecido resulta na geração de elétrons. Estes, por sua vez, transferem sua energia por meio de colisões inelásticas em átomos e moléculas do tecido, que pode destruí-lo. Uma visão detalhada sobre o espalhamento de elétrons é, portanto, relevante para o tratamento de tumores. Ele pode ser usado em simulações de computador para otimizar a destruição de tumores na radioterapia, poupando o tecido saudável, "destaca o professor Matthias Kling sobre o impacto do trabalho. Como próximo passo, os cientistas planejam substituir as nanopartículas de vidro por gotículas de água para estudar a interação dos elétrons com a própria substância que constitui a maior parte do tecido vivo.