Nobel de Fsica 2023 premia pulsos ultracurtos de luz

Energia

Redação do Site Inovação Tecnológica – 03/10/2023

Luz para estudar eltrons

O Prmio Nobel de Fsica de 2023 foi dividido igualmente entre trs pesquisadores pelo desenvolvimento de “mtodos experimentais que geram pulsos de luz de attossegundos para o estudo da dinmica eletrnica na matria”.

Os premiados so Pierre Agostini (Universidade Estadual de Ohio, EUA), Ferenc Krausz (Instituto Max Planck de ptica Quntica, Alemanha) e Anne L’Huillier (Universidade de Lund, Sucia).

Um attossegundo equivale a 10^-18 segundo, ou seja, um bilionsimo de bilionsimo de segundo – para entender a magnitude, basta considerar que um attossegundo est para um segundo assim como um segundo est para toda a idade do Universo.

Pulsos de luz assim to curtos so necessrios para “fotografar” e medir os processos ultrarrpidos, por exemplo, quando os eltrons se movem ou mudam de energia, liberando ftons. Assim, a possibilidade de gerar esses pulsos, que alguns fsicos gostam de chamar de “gotas de luz”, criou um novo conjunto de ferramentas para explorar o mundo dos eltrons dentro dos tomos e molculas.

Eventos em movimento rpido, se postos em sequncia, parecem fluir uns para os outros quando olhamos para eles – este o princpio dos filmes, que consistem em imagens estticas mostradas em sequncia rpida para que nossos olhos as percebam como um movimento contnuo. Para estudar eventos realmente breves, precisamos de filmes com muitos mais quadros por segundo. No mundo dos eltrons, por exemplo, as mudanas ocorrem em alguns dcimos de attosegundo. E esses brilhos ultrarrpidos “fotografam” os eltrons em cada passo de seu movimento, permitindo compor autnticos filmes das partculas em movimento e em interao recproca.

Chegando aos attossegundos

Em 1987, a professora Anne L’Huillier descobriu que muitos sobretons diferentes de luz, tambm conhecidos como harmnicos, surgiam quando ela transmitia luz laser infravermelha atravs de um gs nobre. Cada harmnico uma onda de luz com um determinado nmero de ciclos para cada ciclo da luz laser. Causados pela interao do laser com os tomos do gs, eles do energia extra a alguns eltrons; quando esses eltrons retornam ao seu estado fundamental, essa energia extra liberada na forma de um fton, ou seja, outro pulso de luz.

L’Huillier continuou a explorar este fenmeno, preparando o terreno para os avanos subsequentes. Em 2019, por exemplo, ela usou suas tcnicas para ajudar a desvendar o mistrio do efeito fotoeltrico, o mesmo que rendeu o Nobel de Fsica a Einstein.

Em 2001, Pierre Agostini conseguiu produzir e investigar uma srie de pulsos de luz consecutivos, que os fsicos chamam de “trem de pulsos”, no qual cada pulso durava apenas 250 attossegundos. Ao mesmo tempo, Ferenc Krausz, trabalhando com outro tipo de experimento, conseguiu isolar um nico pulso de luz com durao de 650 attossegundos.

Muitos usos dos pulsos ultracurtos de luz

“Podemos agora abrir a porta para o mundo dos eltrons. A fsica do attosegundo nos d a oportunidade de compreender os mecanismos que so governados pelos eltrons. O prximo passo ser utiliz-los,” afirmou Eva Olsson, presidente do Comit do Nobel de Fsica.

Na verdade, estas tcnicas j esto sendo largamente utilizadas, no apenas para estudar os fundamentos da matria, mas tambm em aplicaes que vo dos LEDs, pontos qunticos e clulas solares aos fundamentos bsicos da fotossntese, todos processos to rpidos que antes eram impossveis de acompanhar.

E existem aplicaes potenciais em muitas reas diferentes. Na eletrnica, por exemplo, importante compreender e controlar como os eltrons se comportam em um semicondutor, incluindo os materiais bidimensionais, ou 2D, como o grafeno. Os pulsos de attosegundo tambm podem ser usados para identificar diferentes molculas, o que muito til em diagnsticos mdicos.

E as pesquisas continuam. Por exemplo, no campo das medies do tempo j estamos na casa dos zeptossegundos – 1 zeptossegundo equivale a 10^-21 segundo.

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