Laser de raios X é o laser mais puro do mundo

Energia

Com informações da Physical Review Focus - 07/10/2011

O SLAC é a fonte de raios X mais puro já medida, o que ajudará a desvendar a estrutura atômica dos materiais. [Imagem: SLAC]

O primeiro laser de raios X do mundo não é só mais um laser, é o melhor de todos.

De remédios à arqueologia

Pesquisadores analisaram os primeiros resultados do LCLS (Linac Coherent Light Source), uma fonte de raios X recém-inaugurada na Universidade de Stanford, nos Estados Unidos.

Eles mediram a coerência do laser - o grau em que as ondas de luz são sincronizadas - e descobriram que o LCLS produz a mais coerente radiação de raios X já medida.

Com um feixe de tão alta qualidade, a máquina é capaz de determinar a estrutura atômica de materiais com um nível de precisão sem precedentes.

Isto será útil em campos tão diversos quanto a descoberta de novos medicamentos, a engenharia de materiais e até a arqueologia.

Laser de raios X

Desde a invenção do maser, em 1957 - o antecessor de micro-ondas do raio laser de luz visível - cientistas têm desenvolvido lasers com comprimentos de onda cada vez mais curtos, aplicando-os a uma crescente variedade de propósitos.

Mas fazer lasers com comprimentos de onda muito curtos é um desafio.

Para que uma fonte de luz seja declarada um laser, a maioria dos seus fótons deve ser coerente - eles devem oscilar em sincronia.

Uma alta coerência significa que a luz vai difratar mais precisamente, o que, para um feixe de raios X, significa imagens mais nítidas da estrutura atômica que está sendo estudada.

Um laser tão puro é capaz de gerar uma fotografia da amostra com um grande campo de visão, da largura de milhares de átomos. [Imagem: SLAC]

Feixes de laser também têm vários padrões - ou modos - de oscilação, assim como instrumentos de cordas e tambores, e o feixe ideal tem todos os seus fótons contribuindo para um único modo.

Quando o LCLS começou a operar, a evidência para uma luz verdadeiramente laser foi a presença de pulsos de raios X brilhantes, monocromáticos e altamente focados.

No entanto, até agora, as estimativas da coerência da luz eram baseadas unicamente em simulações.

Melhor laser do mundo

Agora, os cientistas mediram na prática um tempo de coerência de 0,55 femtossegundo, o que significa que o pulso tem efetivamente a mesma cor e intensidade durante esse intervalo de tempo, equivalente a uma distância de cerca de 150 nanômetros ao longo da direção do feixe.

Assim, uma amostra de 150 nanômetros de profundidade pode ser iluminada com luz coerente de uma única vez, gerando uma fotografia da amostra com um grande campo de visão, da largura de milhares de átomos.

Ter este nível de coerência significa que a maioria dos fótons está confinada a um único modo espacial.

Cerca de 78% dos fótons do laser de raios X estavam no modo dominante, em comparação com menos de 1% em uma fonte de luz síncrotron de raios X típica.

Bibliografia:

Coherence Properties of Individual Femtosecond Pulses of an X-Ray Free-Electron Laser
I. A. Vartanyants et al.
Physical Review Letters
Vol.: 107, 144801 (2011)
DOI: 10.1103/PhysRevLett.107.144801