SLAC mede flashes de raios X duros abaixo de 400 attossegundos

Na Linac Coherent Light Source do SLAC, um feixe de raios X de alta energia é dividido em dois. Uma metade segue diretamente para um detetor que regista o seu espetro de energia. A outra é focada num ponto com 150 nanómetros de largura numa folha de cobre, que emite luz fluorescente. Lidas em conjunto, as duas medições permitem à equipa calcular a duração do impulso: entre 100 e 400 attossegundos, com energias em torno de 9 keV.

Produzir um impulso destes é difícil, e medi-lo é ainda mais. Ichiro Inoue, professor na Universidade de Tóquio e primeiro autor, propôs a técnica indireta baseada na emissão espontânea amplificada, um processo de emissão de luz. Agostino Marinelli, professor do SLAC e autor do estudo, afirmou que a equipa passou vários anos a aprender a criar estes impulsos attossegundo de alta energia e que medi-los é ainda muito mais difícil. O novo diagnóstico é o primeiro a mostrar que os impulsos duram de facto apenas algumas centenas de attossegundos. O método estende também a ciência attossegundo a cerca de 9 keV, uma ordem de grandeza acima das experiências anteriores com raios X moles, que funcionavam abaixo de 5 keV.

A razão para subir em energia é a profundidade. Os raios X moles, de menor energia, são bem adequados para as ligações químicas na camada externa de um átomo. Os raios X duros, acima de 5 keV, penetram na matéria densa, o que permite aos cientistas localizar eletrões com precisão atómica. Sam Vinko, físico na Universidade de Oxford, descreve o problema habitual com os plasmas: a amostra é excitada, depois relaxa e recombina-se antes de ser possível fazer uma medição, pelo que os investigadores recorrem com frequência a modelos e pressupostos. Os cientistas podem agora visar sistemas extremos, como os das experiências de fusão por confinamento inercial, e captar estados de excitação do núcleo antes de estes se esbaterem ou evoluírem.

Os raios X destroem frequentemente as amostras delicadas que analisam. Estes flashes terminam antes de poderem ocorrer danos ou decaimento, pelo que os investigadores conseguem fotografar um sistema no seu estado intacto. Tais Gorkhover, da Universidade de Hamburgo, considera que esta capacidade poderá melhorar a imagiologia à nanoescala e, eventualmente, ajudar a controlar, ou mesmo inverter, as interações entre luz e matéria.

Quem ganha primeiro são os que já utilizam os flashes, cientistas que seguem o movimento dos eletrões em átomos e plasmas densos, e os investigadores da energia de fusão cujas experiências são citadas como alvos. Para eles, a mudança é prática: um obturador mais rápido do que o decaimento atómico, com a amostra preservada. O estudo não indica qualquer data para um acesso mais alargado a estes impulsos, nem diz quando outras instalações poderão reproduzir a medição.