Cientistas da Universidade de Konstanz desenvolveram um método que usa flashes de femtossegundos para gerar pulsos de elétrons com duração de cerca de cinco attossegundos. Esta descoberta proporciona uma resolução temporal superior à das ondas de luz, abrindo caminho para a observação de fenómenos ultrarrápidos, como as reações nucleares. Este é também um dos sinais mais curtos já produzidos pelos físicos.


Processos moleculares ou de estado sólido na natureza às vezes podem ocorrer em escalas de tempo tão curtas quanto femtossegundos (quatro bilionésimos de segundo) ou attossegundos (cinco bilionésimos de segundo). As reações nucleares são ainda mais rápidas. Agora, os cientistas Maxim Tsarev, Johannes Thurner e Peter Baum, da Universidade de Konstanz, estão a utilizar uma nova configuração experimental para obter sinais com duração de attossegundos, ou seja, um bilionésimo de nanossegundo, abrindo novas perspectivas no campo dos fenómenos ultra-rápidos.

Mesmo as ondas de luz não conseguem atingir essa resolução de tempo porque uma única oscilação leva muito tempo. Os elétrons são um remédio, pois podem melhorar muito a resolução temporal. Em sua configuração experimental, os pesquisadores de Konstanz usaram um par de flashes de femtossegundos de um laser para gerar pulsos extremamente curtos de elétrons em um feixe de espaço livre. As descobertas foram publicadas na revista Nature Physics.

Como os cientistas fazem isso?

Semelhante às ondas de água, as ondas de luz também podem ser sobrepostas para criar as cristas e depressões de ondas estacionárias ou em movimento. Os físicos escolheram o ângulo de incidência e a frequência de modo que os elétrons ressonantes que viajam no vácuo à metade da velocidade da luz se sobreponham às cristas e depressões das ondas de luz que viajam exatamente na mesma velocidade. O chamado “poder do pensamento” empurra os elétrons na direção da próxima onda. Portanto, após uma breve interação, uma série de pulsos de elétrons extremamente curtos são produzidos – principalmente no meio da sequência de pulsos, onde o campo elétrico é muito forte.

Por um curto período de tempo, o pulso de elétrons dura apenas cerca de cinco attossegundos. Para entender esse processo, os pesquisadores mediram a distribuição de velocidade dos elétrons após a compressão. O físico Johannes Tourner explica: “A velocidade do pulso de saída não é muito uniforme, mas tem uma distribuição muito ampla, que é o resultado de uma forte desaceleração ou aceleração de alguns elétrons durante o processo de compressão.

Significado da pesquisa

O cientista disse que do ponto de vista da mecânica quântica, este é o tempo de superposição (interferência) dos elétrons entre si após experimentarem a mesma aceleração em momentos diferentes. Esse efeito está relacionado a experimentos de mecânica quântica – como a interação de elétrons com luz.

É também notável que as ondas eletromagnéticas planas, como os feixes de luz, são geralmente incapazes de induzir mudanças permanentes de velocidade nos elétrons no vácuo porque a energia total e o momento total de elétrons massivos e partículas de luz (fótons) com massa de repouso zero não podem permanecer constantes. Porém, este problema pode ser resolvido pela presença simultânea de dois fótons em uma onda mais lenta que a velocidade da luz (efeito Capizza-Dirac).

Para Peter Baum, Professor de Física da Universidade de Konstanz e chefe do Grupo Luz e Matéria, esses resultados ainda são claramente pesquisa básica, mas ele enfatiza o enorme potencial para pesquisas futuras: "Se um material é chocado por dois de nossos pulsos curtos em intervalos de tempo diferentes, o primeiro pulso pode induzir mudanças e o segundo pulso pode ser usado para observação - semelhante ao flash de uma câmera."

Ele acredita que a maior vantagem é que nenhum material está envolvido no princípio experimental e tudo é conduzido em espaço livre. Em princípio, lasers de qualquer potência poderiam ser usados ​​para compressão mais forte no futuro. “Nossa nova técnica de compressão de dois fótons nos permite entrar em novas dimensões de tempo e até mesmo filmar processos de reação nuclear”, disse Baum.