Eles estão em toda parte, ao nosso redor e dentro de nós. Fenômenos que duram trilionésimos de segundo formam o núcleo da química e da biologia. Só recentemente começamos a tentar registrar com precisão o curso real deles, com sucesso moderado. No entanto, físicos de Cracóvia provaram que a nova janela para o mundo da attofísica pode ser construída, oferecendo uma visão muito promissora.
Seja nas profundezas de uma célula ou dentro de um tubo de ensaio, reações químicas que envolvem mudanças na configuração de elétrons em átomos e moléculas ocorrem com velocidade notável. Sua prevalência e importância despertam a curiosidade compreensível dos cientistas, que há muito tentam registrar sua evolução no tempo. Os métodos atuais com o uso de raios-X, desenvolvidos até agora para observação de fenômenos com duração de attossegundos, enfrentam altas exigências nos parâmetros do feixe de radiação utilizado. A situação provavelmente melhorará nos próximos anos graças a um novo método de medição proposto por um grupo de cientistas do Instituto de Física Nuclear da Academia Polonesa de Ciências (IFJ PAN) em Cracóvia.

O rastreamento do curso dos fenômenos tão rápido quanto a ligação de átomos em moléculas agora é possível principalmente graças aos lasers de elétrons livres de raios X (XFEL). Esses dispositivos, operando em apenas alguns locais do mundo devido ao seu tamanho e custo de construção, geram pulsos ultracurtos de raios X, com duração de apenas alguns femtossegundos.

Centros equipados com lasers XFEL usam duas técnicas básicas de medição conhecidas como espectroscopia de raios X e difração de raios X. O primeiro se concentra em analisar as mudanças no espectro de radiação durante sua interação com a amostra, enquanto o segundo estuda como os raios X se espalham na amostra. Ambos os métodos têm a mesma limitação:eles não nos permitem 'ver' processos mais curtos que a duração do pulso. É por isso que os fenômenos mais rápidos até agora observados no laser europeu XFEL perto de Hamburgo, por exemplo, duraram 5 femtossegundos.

"Alguns femtossegundos não é muito tempo, mas este ainda não é o mundo da attofísica. Para chegar a isso, recorremos à cronoscopia, ou seja, uma técnica que analisa como os pulsos mudam de forma ao longo do tempo. Mostramos teoricamente que este método pode ser usado com sucesso para pulsos de raios-X ultracurtos para obter informações sobre as mudanças na forma dos pulsos antes e depois da interação com a amostra", diz o Dr. Wojciech Blachucki (IFJ PAN), primeiro autor do artigo em Ciências Aplicadas .

Nesta publicação é mostrado que no caso de pulsos de laser ultracurtos é possível medir sua estrutura temporal, ou seja, obter informações sobre a forma do pulso. Essa abordagem potencialmente torna possível inferir fenômenos do mundo da attofísica mesmo no estado atual de desenvolvimento técnico dos XFELs. Se o pulso do laser durasse até 20 femtossegundos, mas as informações sobre sua estrutura temporal pudessem ser reconstruídas, digamos, em 100 pontos, seria possível notar fenômenos ocorrendo em um tempo de 20/100 =1/5 femtossegundo, ou seja, , 200 attossegundos.

É importante notar que, atualmente, a resolução temporal de menos de um femtosegundo às vezes pode ser alcançada, mas a intensidade do feixe de laser teve que ser significativamente reduzida. Este procedimento tem efeitos colaterais poderosos. O tempo de irradiação das amostras é prolongado para muitas horas, o que na prática impossibilita a realização de estudos aplicados. A cronoscopia de raios X não tem essa limitação e elimina os requisitos de pulsos de radiação usando um método sensível de medição de sua estrutura temporal. Após sua implementação, os atuais centros de laser poderão dedicar parte de seu tempo de trabalho a medições de attossegundos realizadas para entidades externas, por exemplo, ligadas à indústria.

No entanto, levará vários anos até que a cronoscopia de raios-X se torne uma técnica de pesquisa padrão. O primeiro passo para sua implementação será demonstrar que as durações médias do pulso do laser antes e depois de interagir com a amostra são diferentes. Esta seria uma confirmação experimental da exatidão do método descrito pelos físicos de Cracóvia. Somente na próxima etapa os pesquisadores se concentrariam na reconstrução mais precisa da estrutura temporal dos impulsos antes e depois do contato com a amostra.

"A técnica de medição que propomos não se limita apenas aos lasers de elétrons livres, mas é de natureza universal. Assim, pode ser usada com sucesso também no caso de outras fontes geradoras de pulsos de raios X ultracurtos, como o Extreme Light Instalação de infraestrutura localizada perto de Praga", enfatiza o Dr. Jakub Szlachetko (IFJ PAN). + Explorar mais

Revelado o mecanismo por trás da fusão do diamante induzida por XFEL