A radiação eletromagnética é generalizada. Ele vem em muitas formas, incluindo ondas de rádio, microondas e raios X de alta energia e raios gama. Mas o que, precisamente, é isso?

A radiação eletromagnética é a energia emitida por uma partícula carregada, como um elétron, quando ela acelera. Quando a partícula em aceleração libera essa energia, ele experimenta uma força de recuo chamada reação de radiação. Normalmente, as forças de reação de radiação são muito pequenas para serem consideradas, mas eles se tornam significativos nas interações laser-plasma e contextos astrofísicos, onde campos eletromagnéticos elevados e energias de elétrons elevados entram em jogo.

Um artigo publicado na revista Revisão Física X apresenta evidências de uma reação de radiação que ocorre quando um pulso de laser de alta intensidade colide com um feixe de elétrons de alta energia. Uma equipe de cientistas apoiada pelos projetos TeX-MEx e SF-QFT financiados pela UE conduziram este experimento usando o laser Astra Gemini pertencente à Central Laser Facility no Reino Unido.

O laser Astra Gemini de feixe duplo gera dois feixes de laser sincronizados, que juntos fornecem um quatrilhão (10¹⁵) de watts de potência. No experimento, um pulso de laser foi usado para produzir um monte de elétrons de alta energia por meio de um processo conhecido como aceleração de campo de vigília a laser, enquanto o segundo laser foi direcionado ao feixe de elétrons. Quando o feixe de elétrons e o pulso de laser colidiram, os elétrons oscilaram no campo eletromagnético do segundo laser e espalharam os fótons do feixe de laser, que foram detectados como raios gama. A perda de energia dos elétrons também resultou em uma reação de radiação.

A dificuldade de atingir uma colisão pode ser melhor avaliada se considerarmos o fato de que os pulsos de laser são mais finos do que um fio de cabelo humano e, com cada um durando 45 quatrilionésimos de segundo, teve que atingir o que um dos cientistas descreveu como "balas de elétrons do tamanho de um mícron" viajando a uma velocidade próxima à da luz. A colisão foi considerada bem-sucedida quando a radiação gama de alta energia foi detectada. Levando essas velocidades e larguras infinitesimais em consideração, juntamente com fatores adicionais, como variações do feixe de elétrons de disparo para disparo e apontamento e tempo do laser, está bem claro por que apenas um pequeno número de colisões foi bem-sucedido.

As medidas obtidas foram utilizadas para comparar modelos quânticos e clássicos de reação de radiação. Verificou-se que os modelos clássicos tendem a superestimar as forças de reação da radiação e as energias dos raios gama em comparação com os modelos quânticos. Concluiu-se também que os dados eram mais consistentes com um modelo eletromagnético quântico, mas permaneceu o fato de que isso ocorreu apenas um pouco mais de 68 por cento do tempo e mais estudos foram necessários para avaliar adequadamente os diferentes modelos.

O principal desafio da equipe do projeto no futuro é combinar altas intensidades de laser, estabilidade do feixe e altas energias do feixe simultaneamente em experimentos futuros, a fim de reunir dados suficientes para um estudo sistemático da reação de radiação quântica.