Câmara de laboratório capta 11 fotogramas do femtossegundo ao nanossegundo

Um impulso laser atinge uma amostra de vidro. Nos primeiros 100 femtossegundos, o material começa a mudar. Em menos de 10 nanossegundos, ondas de choque percorrem-no e há material ejetado. Numa experiência laboratorial divulgada na revista Optica, uma equipa da Universidade de Tóquio captou essa sequência completa em 11 fotogramas, num único disparo.

A fotografia ultrarrápida convencional funciona em escalas de microssegundos (milionésimos de segundo) e de milissegundos (milésimos de segundo) e tira as imagens em intervalos uniformes ou quase uniformes. Isso serve para acontecimentos que se desenrolam de forma constante. Deixa escapar os momentos em que um processo muda mais depressa, porque nem todas as mudanças importantes acontecem em intervalos regulares.

A equipa, liderada pelo professor associado Keiichi Nakagawa, do Departamento de Bioengenharia, concentra os seus fotogramas onde a mudança é mais rápida. O método, designado fotografia ultrarrápida logarítmica, coloca os fotogramas mais próximos uns dos outros no início e mais afastados depois. É implementado na STAMP (fotografia de mapeamento totalmente ótico com temporização sequencial) e recorre à BRIDGE (geração individual de atrasos resolvida por bandas), que extrai as bandas de comprimentos de onda uma a uma e permite cronometrar cada banda de forma independente, sendo ao mesmo tempo associada a um instante específico do processo. O resultado são 11 fotogramas que cobrem cerca de cinco ordens de grandeza no tempo, de cerca de 100 femtossegundos a 10 nanossegundos. Keitaro Shimada, investigador de pós-doutoramento no grupo de Nakagawa e primeiro autor, resumiu o objetivo de forma simples: «Queríamos encontrar uma forma de ligar estas escalas temporais tão diferentes numa única medição.»

Para os investigadores de processamento a laser, de ciência dos materiais, de investigação de plasma e de ondas de choque e de biomedicina, o ganho está nos acontecimentos difíceis de repetir exatamente. Nakagawa defende que «registar as fases iniciais e posteriores de um mesmo acontecimento pode revelar relações que se perderiam se a sequência fosse reconstruída a partir de experiências separadas». A equipa propõe estes campos como as principais utilizações. Trata-se, contudo, de propostas: a demonstração foi feita em vidro e em hidroxiapatite, o mineral dos ossos e dos dentes, e não é indicada data para utilização fora do laboratório.

As limitações são concretas. Cada medição corresponde a um único disparo, pelo que cada acontecimento produz, nesta montagem, uma sequência de 11 fotogramas. As fontes consultadas não indicam a resolução das imagens, o custo do equipamento nem a sua dimensão, fatores que determinarão até onde o método pode sair de um laboratório especializado.