Os pesquisadores criaram pequenas bolhas em água de alta pressão por meio de lasers intensos. Sob estas condições, as bolhas se expandem em velocidade supersônica e empurram uma onda de choque que consiste em uma concha esférica de água altamente comprimida. A equipe de pesquisa liderada pela Universidade de Göttingen, juntamente com o Deutsches Elektronen-Synchroton (DESY) e o Laser Europeu de Raios-X livres de elétrons (XFEL europeu) usaram uma técnica inovadora envolvendo imagens de flash holográfico e pulsos de laser de raios-X nanofocados. A pesquisa foi publicada em Nature Communications .

A equipe primeiro criou pequenas bolhas com um raio de alguns milésimos de milímetro, focalizando um pulso de laser infravermelho na água para criar cavitação, um fenômeno no qual pequenas cavidades cheias de vapor, ou seja, bolhas, forma em um líquido. Os pesquisadores observaram a bolha em expansão com pulsos de raios-X sincronizados, mas cuidadosamente controlados.

"Em contraste com a luz visível, onde a refração e a dispersão desfocam a imagem, A imagem de raios-X não apenas resolve a forma, mas também o perfil de densidade do interior da bolha e da onda de choque, "explica Malte Vassholz, Ph.D. estudante da Universidade de Göttingen e principal autor da publicação. "Isso nos permitiu gerar hologramas de raios-X das pequenas bolhas e registrar um grande fluxo de dados com milhares de eventos, que então analisamos por um 'algoritmo de decodificação' especialmente desenvolvido para obter a densidade do gás na bolha e a onda de choque em torno dela. "Graças ao atraso de tempo bem controlado entre o pulso de laser de propagação que criou o efeito e o X- pulso de raio que o mediu, a equipe poderia então gravar um filme do processo.

Os resultados de seu experimento já desafiam a compreensão científica atual e ajudarão outros cientistas a desenvolver modelos melhores. Professor Tim Salditt, Professor de Física de Raios-X na Universidade de Göttingen, explica, "Embora a água seja o líquido mais importante da Terra, ainda há muito a aprender sobre essa substância misteriosa e evasiva. Graças às propriedades únicas da radiação laser de raios-X gerada no XFEL europeu, e nosso novo método de holografia de disparo único, agora podemos observar o que realmente acontece no vapor e na água líquida sob condições extremas. "

Esta técnica de pesquisa fornece insights para processos relevantes em outras aplicações:"A cavitação pode ser um efeito indesejável em fluidos em bombas ou hélices, por exemplo, mas pode ser aproveitado para uso em processamento a laser de materiais ou para modificar reações químicas, "explica o Dr. Robert Mettin, um especialista em pesquisa de cavitação por muitos anos na Faculdade de Física, Universidade de Göttingen.

"Em cirurgia a laser, ondas de choque e gases comprimidos em pequenas bolhas são criados intencionalmente no tecido, por pulsos de laser, "acrescenta Salditt." No futuro, tais processos podem ser 'filmados' em detalhes, usando a metodologia que desenvolvemos, em um nível microscópico e em alta resolução temporal. "