Os pesquisadores estabeleceram uma nova instalação de laser de alta frequência na Universidade de Tóquio. A fonte de luz ultravioleta extrema coerente pode revelar detalhes de amostras biológicas ou físicas com clareza sem precedentes. Também permite a investigação de fenômenos dependentes do tempo, como reações químicas ultrarrápidas. As instalações existentes para tais investigações requerem necessariamente enormes aceleradores de partículas e são proibitivas para muitos pesquisadores. Esta nova instalação deve melhorar muito o acesso para uma ampla gama de pesquisadores.

A luz ultravioleta (UV) do sol ajuda o corpo a produzir vitamina D e faz com que os painéis solares gerem energia, e os raios X podem ser usados ​​para imagens médicas para encontrar ossos quebrados ou outras condições. Mas além desses aspectos, A luz ultravioleta e os raios X também são ferramentas essenciais para a investigação do mundo físico. Os pesquisadores usam essas formas de luz para revelar detalhes biológicos, amostras químicas e físicas, como sua composição, estrutura e comportamento.

Dois tipos de luz que são especialmente úteis para investigações de última geração em fenômenos de ação rápida, como certas reações químicas ou processos biológicos, são ultravioletas extremos coerentes (XUV) e pulsos de raios-X suaves. Ambas são formas de luz muito precisas, com parâmetros finamente controlados, semelhante a pulsos de laser, crucial para a realização de bons experimentos rigorosos. Contudo, existem algumas desvantagens em como essas vigas são feitas.

"Instalações para produzir XUV coerente e raios X suaves são enormes máquinas baseadas em aceleradores de partículas - como versões menores do Large Hadron Collider na Europa, "disse o professor Katsumi Midorikawa do Instituto UTokyo para Ciência e Tecnologia de Fótons e Centro RIKEN de Fotônica Avançada." Dada a raridade dessas instalações e os custos de realizar experimentos lá, apresenta uma barreira para muitos que desejam usá-los. Isso foi o que levou a mim e aos colegas da UTokyo e da RIKEN a criar um novo tipo de instalação que esperamos ser muito mais acessível para um maior número de pesquisadores usarem. "

O novo recurso de fonte XUV é muito, muito menor do que qualquer um que veio antes dele. Ele está localizado dentro de um laboratório subterrâneo relativamente modesto na Universidade de Tóquio. A maior parte da máquina é um recipiente a vácuo de 5 por 2 metros que abriga um anel de 100 metros de comprimento, ou ressonador, abaixo do qual uma luz laser de alta potência é armazenada. Em dois locais desta bobina estão bolsões de gases raros que alteram as características do laser que passa. Isso resulta em dois feixes separados de XUV e raios X suaves, que são lançados em amostras sob investigação. A luz refletida nas amostras é então lida por sensores de imagem de alta velocidade.

"O que é realmente novo em nossa abordagem é que os pulsos de XUV e de raios X suaves são extremamente curtos, mas ocorrem em frequências muito altas, na região de megahertz, ou milhões de ciclos por segundo, "disse Midorikawa." Para uma perspectiva, As instalações XUV estabelecidas que usam pulsos de radiação síncrotron na região do megahertz têm rajadas mais longas que são menos adequadas para resolver fenômenos dinâmicos. E aqueles que usam as chamadas fontes de laser de elétrons sem raios-X têm pulsos curtos, mas oferecem baixas frequências de cerca de 10 hertz a 100 hertz. Portanto, nossa instalação oferece o melhor dos dois mundos, com a vantagem adicional de ser apenas uma fração do tamanho e com custos operacionais muito mais baixos. "

Esta nova fonte XUV oferece pulsos ultracurtos, útil para sondar fenômenos rápidos, e altas frequências, útil para investigar a estrutura e propriedades químicas da matéria. Isso é possível devido ao processo que cria os pulsos conforme o laser interage com o gás. É chamado de geração de harmônicos de alta ordem, e a instalação é a primeira de seu tipo capaz de produzir vários feixes de raios X suaves e XUV.

"Trabalho na área de geração e aplicação de XUV há 30 anos. Embora a geração de harmônicos de alta ordem tenha trazido um grande avanço neste campo, a eficiência de geração e a taxa de repetição de pulso ainda eram insuficientes para muitas aplicações, "disse Midorikawa." Quando propus a ideia desta instalação aos meus colegas, eles ficaram instantaneamente interessados ​​e pudemos adquirir um orçamento adequado para concluí-lo. Todos esperamos que isso abra as portas para novas pesquisas de cientistas de materiais, químicos e biólogos que finalmente podem acessar esta ferramenta de investigação incrível e poderosa. "