Os físicos da Universidade de Nebraska-Lincoln estão vendo um fenômeno cotidiano sob uma nova luz.

Ao focalizar a luz do laser com um brilho um bilhão de vezes maior do que a superfície do sol - a luz mais brilhante já produzida na Terra - os físicos observaram mudanças em uma interação que possibilita a visão entre a luz e a matéria.

Essas mudanças produziram pulsos de raios-X exclusivos com o potencial de gerar imagens de resolução extremamente alta, úteis para a área médica, Engenharia, fins científicos e de segurança. As descobertas da equipe, detalhado em 26 de junho no jornal Nature Photonics , também deve ajudar a informar futuros experimentos envolvendo lasers de alta intensidade.

Donald Umstadter e colegas do Laboratório de Luz Extrema da universidade dispararam seu Laser Diocles em elétrons suspensos em hélio para medir como os fótons do laser - considerados tanto partículas quanto ondas de luz - se espalharam de um único elétron depois de atingi-lo.

Sob condições típicas, como quando a luz de uma lâmpada ou o sol atinge a superfície, esse fenômeno de dispersão torna a visão possível. Mas um elétron - a partícula carregada negativamente presente nos átomos formadores de matéria - normalmente espalha apenas um fóton de luz por vez. E o elétron médio raramente desfruta desse privilégio, Umstadter disse, ser atingido apenas uma vez a cada quatro meses ou mais.

Embora experimentos anteriores baseados em laser tivessem espalhado alguns fótons do mesmo elétron, A equipe de Umstadter conseguiu espalhar quase 1, 000 fótons de cada vez. Nas intensidades ultra-altas produzidas pelo laser, tanto os fótons quanto o elétron se comportaram de maneira muito diferente do normal.

"Quando temos esta luz inimaginavelmente brilhante, Acontece que a dispersão - essa coisa fundamental que torna tudo visível - muda fundamentalmente na natureza, "disse Umstadter, o professor Leland e Dorothy Olson de física e astronomia.

Um fóton da luz padrão normalmente se espalha no mesmo ângulo e energia que apresentava antes de atingir o elétron, independentemente de quão brilhante sua luz possa ser. No entanto, a equipe de Umstadter descobriu que, acima de um certo limite, o brilho do laser alterou o ângulo, forma e comprimento de onda dessa luz espalhada.

"Então, é como se as coisas parecessem diferentes quando você aumenta o brilho da luz, que não é algo que você normalmente experimentaria, "Umstadter disse." (Um objeto) normalmente se torna mais brilhante, mas de outra forma, parece exatamente como com um nível de luz mais baixo. Mas aqui, a luz está mudando a aparência (do objeto). A luz está saindo em diferentes ângulos, com cores diferentes, dependendo de quão brilhante é. "

Esse fenômeno resultou em parte de uma mudança no elétron, que abandonou seu movimento usual para cima e para baixo em favor de um padrão de vôo em forma de 8. Como seria em condições normais, o elétron também ejetou seu próprio fóton, que foi sacudido pela energia dos fótons que chegavam. Mas os pesquisadores descobriram que o fóton ejetado absorveu a energia coletiva de todos os fótons espalhados, concedendo-lhe a energia e o comprimento de onda de um raio-X.

As propriedades únicas desse raio-X podem ser aplicadas de várias maneiras, Disse Umstadter. Sua gama extrema, mas estreita de energia, combinada com sua duração extraordinariamente curta, poderia ajudar a gerar imagens tridimensionais em escala nanoscópica enquanto reduz a dose necessária para produzi-las.

Essas qualidades podem qualificá-lo para caçar tumores ou microfraturas que escapam aos raios-X convencionais, mapear as paisagens moleculares de materiais nanoscópicos agora encontrando seu caminho para a tecnologia de semicondutores, ou detectar ameaças cada vez mais sofisticadas em pontos de verificação de segurança. Os físicos atômicos e moleculares também poderiam empregar o raio-X como uma forma de câmera ultrarrápida para capturar instantâneos do movimento do elétron ou de reações químicas.

Como próprios físicos, Umstadter e seus colegas também expressaram entusiasmo pelas implicações científicas de seu experimento. Ao estabelecer uma relação entre o brilho do laser e as propriedades de sua luz espalhada, a equipe confirmou um método proposto recentemente para medir a intensidade do pico de um laser. O estudo também apoiou várias hipóteses antigas de que as limitações tecnológicas impediram os físicos de fazer testes diretos.

"Havia muitas teorias, por muitos anos, que nunca foi testado no laboratório, porque nunca tivemos uma fonte de luz brilhante o suficiente para realmente fazer o experimento, "Disse Umstadter." Houve várias previsões do que aconteceria, e confirmamos algumas dessas previsões.

"É tudo parte do que chamamos de eletrodinâmica. Existem livros sobre eletrodinâmica clássica que todos os físicos aprendem. num sentido, foi realmente um experimento didático. "