Laser ultravioleta em átomos de hélio gera raios X além do limite previsto para um elétron, relatam TU Wien e UC San Diego

"Pesquisadores quebram regra de livro-texto da física" é o tipo de título que chama clique, mas o artigo é mais específico e mais interessante. Uma equipe da TU Wien (Universidade de Tecnologia de Viena) e da Universidade da Califórnia em San Diego mostrou que pulsos intensos de laser ultravioleta em átomos de hélio podem gerar raios X em energias acima do limite que o modelo de um único elétron prevê. O trabalho saiu na Nature Photonics, e o próprio título do artigo fala em ir "além do limite de um elétron", não em derrubar uma lei.

O que foi feito

A técnica se chama geração de harmônicos de altas ordens. O laser arranca um elétron do átomo, o campo do laser o acelera e, quando ele volta ao átomo, libera a energia acumulada como luz de frequência muito mais alta. Segundo Dimitar Popmintchev, "não é simplesmente possível ultrapassar certa frequência máxima" nesse processo com um elétron só.

No hélio, que tem dois elétrons, os pesquisadores removeram os dois em sequência. Com o tempo certo, os dois retornaram ao átomo juntos e liberaram a energia de uma vez. O espectro mostrou uma segunda região de emissão, mais fraca, em energias bem acima do corte tradicional. O efeito apareceu no hélio, mas não no argônio nem no neônio nas condições do experimento, o que a equipe vê como suporte para a explicação: os dois elétrons do hélio estão fortemente correlacionados.

Para que pode servir

A emissão pode funcionar como uma sonda espectroscópica sensível das correlações entre elétrons, usando a forma do espectro, a energia máxima e a dependência da polarização do laser. Os autores citam possíveis ligações com computação quântica e nanomateriais, e dizem que o efeito "poderia ser estendido" a moléculas e sólidos.

Para entender o contexto

Quando um átomo é atingido por um laser muito intenso, o campo elétrico do laser pode ser mais forte que a atração que prende o elétron. O elétron escapa, é empurrado de um lado para o outro e, ao voltar, emite luz em frequências que são múltiplos da original. Esse processo é a base de pulsos de luz de attossegundos, usados para acompanhar movimentos de elétrons em tempo real.

O modelo de um elétron explica bem o que ocorre em átomos como argônio e neônio. O hélio, com apenas dois elétrons, é um caso simples o bastante para testar o que muda quando o segundo elétron também participa.

Termos úteis

• Harmônicos de altas ordens: luz emitida em frequências que são múltiplos da frequência do laser, gerada quando elétrons arrancados voltam ao átomo.
• Energia de corte: limite de energia dos fótons previsto pelo modelo de um elétron.
• Attossegundo: um bilionésimo de bilionésimo de segundo.
• Correlação eletrônica: influência que os elétrons de um átomo exercem entre si, que o modelo de um elétron ignora.

As ressalvas

O comunicado não informa valores medidos de energia de fótons nem do limite ultrapassado, então não dá para avaliar o tamanho do ganho. O sinal foi observado só no hélio, e as aplicações em computação quântica e nanomateriais são perspectivas, não resultados demonstrados. O título do comunicado exagera: trata-se de uma extensão do modelo existente. O texto é um resumo do artigo e pode ter sido editado quanto a estilo e extensão.