Pesquisa sobre movimento de elétrons vence o Nobel de Física de 2023
Entre os três cientistas laureados está a francesa Anne L’Huillier, a quinta mulher a receber o Nobel de Física em 122 anos de história do prêmio
Fonte: Sociedade Brasileira de Física
A Física Quântica entrou em conflito com a Física Clássica devido a vários novos conceitos, incluindo a impossibilidade de determinar simultaneamente a posição e a velocidade de uma partícula, como um elétron, por exemplo. Apesar de a teoria indicar que determinar essas grandezas com precisão absoluta é impossível, pesquisas com novas tecnologias deixam a humanidade cada vez mais próxima do que ocorre no universo do muito, muito pequeno e, agora, do extremamente rápido.
É neste sentido a importância do Nobel de Física de 2023, anunciado pela Real Academia Sueca de Ciências na terça-feira (03/10), concedido à cientista francesa Anne L’Huillier, ao húngaro Ferenc Krausz e ao norte-americano Pierre Agostini, que dividirão um prêmio de cerca de US$ 1 milhão. Ao receber este prêmio, Anne se torna a quinta mulher a conquistar o Nobel na área de física ao longo de 122 anos de história.
Eles demonstraram uma maneira de criar pulsos de luz extremamente curtos que podem ser usados para medir os processos rápidos nos quais os elétrons se movem ou mudam de níveis de energia nos átomos. Existem aplicações potenciais em diversas áreas. Na eletrônica, por exemplo, é importante entender e controlar como os elétrons se comportam em um material. Pulsos de attossegundos também podem ser usados para identificar diferentes moléculas, como em diagnósticos médicos.
"Esse trabalho nos permitiu ver dentro de um átomo como o elétron se movimenta. Isso abre toda uma nova física para se explorar. Cada vez que a tecnologia vai avançando a gente abre uma nova escala de tempo. Isso nos permitiu verificar fenômenos de bilionésimo de bilionésimo de um segundo”, explica Ricardo Elgul Samad, pesquisador do Centro de Lasers e Aplicações do Instituto de Pesquisas Energéticas e Nucleares (IPEN-CNEN/SP), especialista em lasers de pulsos ultracurtos.
Segundo Samad, desde a criação do laser em 1960, 13 prêmios Nobel em Física foram concedidos a pesquisadores que aprimoraram a sua tecnologia, enquanto outros três prêmios Nobel de Química também expandiram a aplicação da alta energia desses feixes. E o prêmio Nobel em Física deste ano tem relação com uma técnica inventada em 1985 de geração de pulsos de laser ultracurtos, chamados femtossegundos, que seria o milionésimo de um bilionésimo de um segundo. Essa descoberta recebeu o Nobel de Física de 2018, com as contribuições de Gérard Mourou e Donna Strickland.
Samad, especialista em experimentos com femtossegundos, esclarece que ao direcionar o laser para um gás nobre, como o argônio, isso resulta na geração de harmônicos, que são fótons com frequências cada vez mais elevadas e, consequentemente, maior energia. Esses experimentos foram realizados por Anne em 1987, quando ela transmitiu laser infravermelho através de um gás nobre, preparando o terreno para novos experimentos.
Em 2001, Pierre Agostini conseguiu produzir e investigar uma série de pulsos de luz consecutivos, em que cada pulso durou apenas 250 attossegundos. Ao mesmo tempo, Ferenc Krausz estava trabalhando com outro tipo de experimento, que tornava possível isolar um único pulso de luz que durava 650 attossegundos. As contribuições dos laureados permitiram a investigação de processos tão rápidos que antes eram impossíveis de serem acompanhados.
De acordo com o release de divulgação do prêmio, os experimentos dos laureados produziram pulsos de luz tão curtos que são medidos em attossegundos, demonstrando assim que esses pulsos podem ser usados para fornecer imagens dos processos eletrônicos dentro de átomos e moléculas. "Agora podemos abrir a porta para o mundo dos elétrons. A física dos attossegundos nos dá a oportunidade de entender mecanismos que são governados por elétrons. O próximo passo será utilizá-los”, diz Eva Olsson, presidente do Comitê Nobel de Física, em comunicado.
Segundo Samad, esse estudo permite não apenas acompanhar o movimento dos elétrons dentro do átomo ou de moléculas, mas também acompanhar suas mudanças de energia e de órbitas. Em seu laboratório, Samad acredita já ter alcançado pulsos de attossegundos, embora não possa afirmar por não ter equipamentos para medir esse feito. "Estamos acessando esses tempos extremamente curtos agora. Quando comecei a trabalhar nessa área, há 20 anos, pensávamos que femtossegundo já era muito curto”, lembra.
"Quando vamos para escalas de femtossegundos e attossegundos é como se tudo estivesse parado no Universo: o que se movem são os elétrons. Átomos, moléculas, todo o resto, está parado. E nós estamos, no meu laboratório, trabalhando para de alguma maneira para chegar perto desse regime”, diz ele, que está atualmente estudando o uso de pulsos de femtossegundos para acelerar elétrons e conseguir reduzir o tamanho dos aceleradores de partículas. Segundo ele, seria possível reduzir de 3 quilômetros para 20 centímetros o tamanho de um acelerador de elétrons.
Pulsos de attossegundos foram usados em uma colaboração internacional envolvendo Antonio Zelaquett Khoury, professor da Universidade Federal Fluminense (UFF), e outros grupos para estudar o emaranhamento quântico com luz estruturada, conforme o Destaque em Física "Estudo usa a luz para buscar explicações sobre o emaranhamento quântico”, publicado em junho no site da Sociedade Brasileira de Física (SBF). As medidas foram realizadas no laboratório do Prof. Thierry Ruchon do Laboratoire Interactions, Dynamiques et Lasers (LIDYL) – Université Paris Saclay (França), que foi originalmente montado pela laureada Profa. Anne L’Huillier.
