Raios X são gerados com raios laser

Com informações da Science - 22/12/2015

O laser ultravioleta produz pulsos curtos de raios X em várias frequências bem separadas.
[Imagem: Tenio Popmintchev/Dimitar Popmintchev]

Raios X sem elementos radioativos

Acaba de ser descoberta uma forma de usar a luz ultravioleta para produzir raios X.

A nova técnica resulta em uma forma muito mais eficiente do que qualquer método anterior - e capaz de atingir a resolução necessária para geração de imagens.

Este desenvolvimento promete melhorar o desempenho dos equipamentos de imageamento médico, além de permitir avanços nos estudos fundamentais de materiais - aceleradores de elétrons, como os brasileiros LNLS e Sirius, produzem várias fontes de luz de alta energia, entre elas fontes de raios X para estudos de materiais.

Geração de harmônicos

Atualmente, os pulsos de laser mais curtos que se consegue gerar são produzidos por um processo denominado geração de harmônicos (HHG: high harmonic generation), que usa um pulso gerador longo para arrancar elétrons de átomos gasosos; quando esses elétrons ricocheteiam de volta, é produzida luz com comprimentos de onda mais curtos - um pulso menor. A chamada correspondência de fase, quando estes pulsos são alinhados com os raios X emitidos, é útil para várias aplicações, como o imageamento por difração.

No entanto, a correspondência de fase funciona melhor com comprimentos de onda mais longos, gerados por lasers na faixa do infravermelho médio, por exemplo, e apenas com níveis específicos de átomos ionizados.

Os lasers infravermelhos geram pulsos longos (em cima), enquanto a nova técnica, com um laser ultravioleta (embaixo), gera pulsos de raios X muito curtos.
[Imagem: Kapteyn-Murnane Group/Steven Burrows]

Dimitar Popmintchev e seus colegas superaram essas limitações usando um sistema de geração de harmônicos que usa lasers ultravioleta em comprimentos de onda capazes de estimular feixes luminosos na região mais baixa do espectro de raios X.

Raios X gerados por raios laser

Em um efeito surpreendente, a refração dos raios ultravioleta, tanto nos átomos neutros como nos íons, permitiu obter um casamento de fase eficaz, o que por sua vez permite trabalhar em cenários mais complexos, incluindo plasmas com diferentes níveis de ionização - e não mais os níveis bem definidos exigidos pelas técnicas anteriores.

Esta nova técnica pode produzir harmônicos com fótons de até 280 elétron-volts de energia - as técnicas anteriores, usando lasers infravermelhos, só chegavam a essa energia sob pressões muito baixas.

Este desenvolvimento terá implicações para uma ampla gama de aplicações científicas e tecnológicas, incluindo a espectroscopia de fotoemissão, usada em análises físico-químicas, que poderá alcançar uma resolução muito mais alta, e o imageamento por difração, usado em nanotecnologia, que alcançará uma resolução espacial mais elevada, dizem os autores.

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