.
Cientistas da Universidade de Rochester estão explorando os mistérios da teoria quântica para aproveitar raios gama de energia ultra-alta para produzir o laser mais poderoso já construído. Esforços anteriores criaram com sucesso feixes de laser funcionais em várias energias de luz, incluindo lasers nos espectros visível, ultravioleta e até mesmo de raios X. No entanto, esta seria a primeira vez que a energia da luz na extremidade mais alta do espectro além dos raios X, ou seja, raios gama, foi controlada o suficiente para criar um feixe de laser funcionalmente coerente.
Se bem-sucedido, o esforço financiado pela National Science Foundation (NSF) pode levar a tecnologias de imagem de maior resolução, à capacidade de sondar estados quânticos como nunca antes, ou até mesmo a um laser de elétrons sem gama há muito desejado. Aproveitar a energia da luz nessa extremidade alta do espectro também pode ajudar a criar um laser de raios gama de nível militar que contém ainda mais energia destrutiva do que as armas laser mais poderosas atualmente em desenvolvimento.
“A capacidade de produzir raios gama coerentes seria uma revolução científica na criação de novos tipos de fontes de luz, semelhante à forma como a descoberta e o desenvolvimento de fontes de luz visível e raios X mudaram nossa compreensão fundamental do mundo atômico”, explicado Antonino Di Piazza, professor de física na Universidade de Rochester e cientista renomado do Laboratório de Energética Laser da Universidade, que é o principal pesquisador da bolsa NST.
As linhas de luz ELI ajudarão a desenvolver o laser mais potente de todos os tempos
Para explorar a coerência do feixe nos estados de alta energia, a equipe de Di Piazza está coordenando com colegas da ELI Beamlines na República Tcheca. De acordo com a organização local na rede Interneto ELI Beamlines Facility “é um centro de pesquisa de laser líder e parte da The Extreme Light Infrastructure ERIC, uma infraestrutura de pesquisa pan-europeia que hospeda os lasers mais intensos do mundo”.
Mais importante ainda, a instalação abriga quatro “lasers de femtossegundo de alta potência e de última geração”, capazes de atingir “intensidades sem precedentes”.
“ELI Beamlines oferece aos seus usuários fontes exclusivas de femtossegundos de raios X e partículas aceleradas”, eles explicam. “Essas linhas de luz permitem pesquisa pioneira não apenas em física e ciência dos materiais, mas também em ciências da vida, astrofísica de laboratório, (e) química com forte potencial de aplicação.
No caso do esforço financiado pela NSF da Universidade de Rochester para explorar as propriedades de coerência dos raios gama, a instalação ELI Beamlines dará aos pesquisadores a capacidade única de estudar como elétrons em movimento rápido interagem com lasers para emitir luz de alta energia utilizável.
De acordo com o press release anunciando o estudo, a equipe começará examinando como apenas um ou dois elétrons emitem luz sob essas circunstâncias. Conforme o projeto avança, a equipe tentará aumentar a escala para muitos elétrons até que eles produzam com sucesso raios gama coerentes.
Novo esforço integrará a teoria da eletrodinâmica quântica
Embora o sucesso no empreendimento seja o primeiro, os pesquisadores observam que seu projeto se baseará em pesquisas anteriores nesta área. Isso inclui esforços do Laboratório Nacional de Aceleradores SLAC na Universidade de Stanford, a Universidade Europeia XFEL na Alemanha e no Japão SACLA. No entanto, diferentemente desses esforços, esta pesquisa se aprofundará na dinâmica comportamental da teoria quântica.
“Não somos os primeiros cientistas que tentaram criar raios gama dessa forma”, diz Di Piazza. “Mas estamos fazendo isso usando uma teoria totalmente quântica — eletrodinâmica quântica — que é uma abordagem avançada para lidar com esse problema.”
Embora as aplicações potenciais desta pesquisa provavelmente ainda estejam a anos de distância, a equipe acredita que seu trabalho pode oferecer à comunidade científica uma ferramenta significativa para desenvolver uma nova classe de lasers poderosos, incluindo o laser mais poderoso já construído. A equipe também espera que seu trabalho possa ajudar a defender o planejado Instalação de usuário de laser de alta potência NSF OPAL na Universidade de Rochester. Similarmente financiado pela NSF e liderado por Di Piazza, essa instalação de laser “tem o potencial de ser um recurso de acesso aberto exclusivo para a comunidade científica global.”
Quanto aos objetivos mais elevados da equipe, DI Piazza acredita que sua pesquisa poderia ajudar a alcançar algo que também permaneceu fora de alcance: o objetivo há muito declarado pela comunidade científica mais ampla de produzir um laser de elétrons livre de gama. Tal dispositivo poderia realizar capacidades de imagem, varredura e análise que nem mesmo os lasers mais poderosos do mundo podem oferecer.
“É claro”, diz Di Piazza, “o primeiro passo é mostrar que a ciência é possível antes de construir tal dispositivo”.
Christopher Plain é um romancista de ficção científica e fantasia e redator-chefe de ciência no The Debrief. Siga e conecte-se com ele em X, aprenda sobre seus livros em plainfiction.comou envie um e-mail diretamente para ele em cristóvão@thedebrief.org.
.
