Quando uma densa folha de elétrons é acelerada até quase a velocidade da luz, ele atua como uma superfície reflexiva. Esse 'espelho de plasma' pode ser usado para manipular a luz. Agora, uma equipe internacional de físicos do Instituto Max Planck de Óptica Quântica, LMU Munich, e a Universidade de Umeå na Suécia caracterizaram esse efeito de espelho de plasma em detalhes, e explorou para gerar isolados, flashes de luz de attossegundo de alta intensidade. Um attossegundo dura um bilionésimo de um bilionésimo (10 -18 ) de um segundo.
A interação entre pulsos de laser extremamente poderosos e matéria abriu abordagens inteiramente novas para a geração de flashes de luz ultracurtos com duração de apenas algumas centenas de attossegundos. Esses pulsos extraordinariamente breves podem, por sua vez, ser usados para sondar a dinâmica de fenômenos físicos ultrarrápidos em escalas subatômicas. O método padrão usado para criar pulsos de attossegundos é baseado na interação da luz do laser infravermelho próximo com os elétrons em átomos de gases nobres, como néon ou argônio.
Agora, pesquisadores do Laboratório de Física de Attosegundos do Instituto Max Planck de Óptica Quântica em Garching e da Ludwig Maximilians University (LMU) de Munique, em colaboração com colegas da Universidade de Umeå, implementaram com sucesso uma nova estratégia para a geração de pulsos de luz de attossegundos isolados.
Na primeira etapa, extremamente poderoso femtossegundo (10 -15 seg) os pulsos de laser podem interagir com o vidro. A luz do laser vaporiza a superfície do vidro, ionizando seus átomos constituintes e acelerando os elétrons liberados a velocidades equivalentes a uma fração apreciável da velocidade da luz. O plasma de alta densidade resultante composto de elétrons que se movem rapidamente, que se propaga na mesma direção que a luz laser pulsada, age como um espelho. Uma vez que os elétrons atingiram velocidades que se aproximam da velocidade da luz, eles se tornam relativísticos, e começam a oscilar em resposta ao campo do laser. A deformação periódica subsequente do espelho de plasma interage com a onda de luz refletida para dar origem a pulsos de attossegundos isolados. Esses pulsos têm uma duração estimada de aproximadamente 200 as e comprimentos de onda na região ultravioleta extrema do espectro (20-30 nanômetros, 40-60 eV).
Em contraste com os pulsos de attossegundos gerados com pulsos de laser mais longos, aqueles produzidos pelo efeito de espelho de plasma e pulsos de laser que têm uma duração de poucos ciclos ópticos podem ser precisamente controlados com a forma de onda. Isso também permitiu que os pesquisadores observassem o curso do processo de geração, isto é, a oscilação do espelho de plasma. Mais importante, esses pulsos são muito mais intensos, ou seja, contêm muito mais fótons, do que aqueles obtidos com o procedimento padrão.
O aumento da intensidade torna possível realizar medições ainda mais precisas do comportamento das partículas subatômicas em tempo real. Os pulsos de luz de attosegundos são usados principalmente para mapear os movimentos dos elétrons, e, assim, fornecer insights sobre a dinâmica dos processos fundamentais dentro dos átomos. Quanto maior a intensidade dos flashes de luz de attossegundo, mais informações podem ser obtidas sobre os movimentos das partículas na matéria. Com a demonstração prática do efeito de espelho de plasma para gerar pulsos de luz de attossegundos brilhantes, os autores do novo estudo desenvolveram uma tecnologia, que permitirá aos físicos sondar ainda mais profundamente os mistérios do mundo quântico.
