Xi-Cheng Zhang trabalhou por quase uma década para resolver um quebra-cabeça científico que muitos na comunidade de pesquisa acreditavam ser impossível:a produção de ondas terahertz - uma forma de radiação eletromagnética na faixa de freqüência do infravermelho distante - a partir de água líquida.

Agora, conforme relatado em um artigo publicado em Cartas de Física Aplicada , pesquisadores da Universidade de Rochester "tornaram o impossível, possível, "diz Zhang, o professor de ótica M. Parker Givens. "Descobrir como gerar ondas terahertz de água líquida é um avanço fundamental porque a água é um elemento muito importante no corpo humano e na Terra."

As ondas Terahertz têm atraído cada vez mais atenção recentemente devido à sua capacidade de passar de forma não destrutiva através de objetos sólidos, incluindo aqueles feitos de tecido, papel, Madeira, plástico, e cerâmicas, e produzir imagens do interior dos objetos. Adicionalmente, a energia de um fóton terahertz é mais fraca do que um fóton de raio-x. Ao contrário dos raios-x, as ondas terahertz não são ionizantes - elas não têm energia suficiente para remover um elétron de um átomo - portanto, não têm os mesmos efeitos nocivos no tecido humano e no DNA.

Por causa dessas habilidades, ondas terahertz têm aplicações exclusivas em imagens e espectroscopia, desde a descoberta de bombas em embalagens suspeitas, para identificar murais escondidos sob camadas de tinta, para detectar cáries.

"As ondas Terahertz têm a capacidade de ver através das roupas, é por isso que você tem esses scanners corporais subterahertz em aeroportos, "Diz Zhang." Essas ondas podem ajudar a identificar se um objeto é explosivo, químico, ou biológico, mesmo que eles não possam dizer exatamente o que o objeto é. "

O grupo de pesquisa de Zhang usa lasers para gerar pulsos de terahertz por meio da interação com um alvo. Nesse caso, o alvo é uma película extremamente fina de água - aproximadamente 200 mícrons ou aproximadamente a espessura de duas folhas de papel - criada com água suspensa por tensão superficial entre dois fios de alumínio. Os pesquisadores focam um laser no filme de água, que atua como um emissor para a saída de radiação terahertz.

Pesquisadores anteriores geraram ondas terahertz de alvos de cristais sólidos, metais, plasma de ar, e vapor de água, mas, até agora, água líquida provou ser evasiva.

"A água era considerada inimiga das ondas terahertz por causa de sua forte absorção, "Diz Zhang." Sempre tentamos evitar a água, mas é uma fonte de terahertz surpreendentemente eficiente. "

Na verdade, quando os pesquisadores mediram as ondas terahertz geradas pela água, eles descobriram que eram 1,8 vezes mais fortes do que as ondas terahertz geradas a partir de plasma de ar em condições experimentais comparáveis.

Porque a água é um grande absorvente, Contudo, muitas pessoas na comunidade de pesquisa acreditavam que seria impossível usar a água como alvo. O próprio Zhang passou anos tentando uma solução, e ele encontrou uma pessoa igualmente robusta em Qi Jin, agora um candidato a PhD em óptica em Rochester, e o autor principal do artigo.

"Quase todo mundo pensava que não conseguiríamos receber um sinal da água, "Jin diz." No início, Eu também não acreditei. "

Um dos desafios foi criar um filme de água fino o suficiente para que os fótons terahertz gerados pelo feixe de laser não fossem absorvidos, mas espesso o suficiente para suportar a energia do laser.

Junto com Yiwen E, um associado de pós-doutorado no grupo de pesquisa de Zhang, Jin passou meses otimizando a espessura da película de água e o ângulo de incidência, intensidade, e duração do pulso do feixe de laser.

“Aumentamos um pouco a espessura da água, e gradualmente aumentou o laser, e continuamos tentando até que pudéssemos fazer funcionar, "Jin diz." A água é um dos recursos mais ricos da Terra, então foi muito importante para nós sermos capazes de gerar essas ondas a partir da água. Muitas vezes eu quis desistir disso, mas as pessoas no laboratório continuaram me encorajando. "

Zhang concorda:"Sempre digo aos meus alunos e pesquisadores aqui:se vocês tentarem algo, você pode não obter o resultado desejado. Mas se você nunca tentar, você definitivamente não vai entender. "