Os físicos da Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg (FAU) e da Friedrich Schiller University Jena (FSU) deram um salto quântico na pesquisa da luz. Eles conseguiram capturar o comportamento de pulsos de laser extremamente curtos durante a focalização por meio de alta resolução espacial e temporal. Os resultados são de fundamental relevância para o entendimento das interações entre a luz e a matéria e permitirão controlar os movimentos dos elétrons e as reações químicas de uma forma que antes não era viável. Esses insights sobre a física fundamental irão, em particular, lucrar com pesquisas futuras em novas fontes de radiação e no campo da eletrônica de ondas de luz. Os pesquisadores publicaram recentemente suas descobertas na principal revista especializada Física da Natureza .
Pulsos de luz ultracurtos com uma ampla faixa de espectro óptico que os feixes parecem brancos são comumente usados hoje em dia. Entre outras coisas, eles são usados para examinar a retina do olho, enquanto na física eles são empregados para controlar processos no nível atômico e analisá-los em câmera lenta. Em quase todos esses aplicativos, os pulsos de laser branco precisam ser focalizados. Como é a forma específica da onda de luz que determina como os elétrons, por exemplo, vai se mover dentro dele, é essencial saber detalhadamente a aparência real do feixe de laser focalizado.
Para entender melhor o porquê, pense em um navio em mares tempestuosos. O timoneiro não só precisa saber a altura e a extensão das ondas, mas também ficar de olho nas ondas que chegam para saber quando elas atingirão o navio a fim de encontrar um caminho seguro até a crista da onda em um lado e para baixo do outro. Do mesmo jeito, é importante que os pesquisadores saibam como e onde o máximo de uma onda de luz atingirá os elétrons em um experimento ou aplicação para ter uma influência direcionada sobre eles. As mudanças e a propagação das ondas de luz em um campo elétrico ocorrem em uma escala de tempo de algumas centenas de attossegundos - em outras palavras, dentro de um bilionésimo de um bilionésimo de um segundo. Até recentemente, não foi possível medir a distribuição exata dos vales e picos das ondas no foco de um feixe de laser nesta escala de tempo.
Os pesquisadores em Erlangen e Jena agora conseguiram isso focalizando pulsos de laser em uma ponta de metal pontiaguda nanométrica, fazendo com que a ponta emita elétrons. Esses elétrons atuam como uma espécie de sensor que permite aos pesquisadores interpretar a forma exata da onda de luz.
Assistindo a viagem leve
Quase 130 anos atrás, o físico francês Louis Georges Gouy (1854-1926) observou e descreveu uma mudança de fase que ocorreu durante a focalização da luz monocromática quando a interferência foi introduzida. Este efeito foi denominado 'fase de Gouy' em homenagem ao seu descobridor e por muito tempo presumiu-se que o efeito seria o mesmo no caso de espectros de laser branco, que consistem em muitas cores de luz. Os resultados obtidos no projeto conjunto contribuíram para a nossa compreensão do efeito, de modo que mesmo quando se trata de pulsos curtos de luz - e para ficar com a metáfora por enquanto - nenhum capitão será pego de surpresa por ondas inesperadas no futuro.
