Avanço quântico permite gerar raios X além dos limites convencionais

Cientistas conseguiram produzir raios X com energias superiores a um limite estabelecido pela teoria convencional da física de lasers, por meio da interação entre dois elétrons de átomos de hélio que liberaram energia simultaneamente após serem atingidos por pulsos de luz ultravioleta.

A descoberta foi realizada por pesquisadores da Universidade Técnica de Viena, na Áustria, em colaboração com a Universidade da Califórnia em San Diego, nos Estados Unidos. Os resultados detalhados do estudo foram publicados recentemente na revista científica Nature Photonics.

Durante décadas, a teoria tradicional estabeleceu um patamar máximo de energia para os raios X gerados quando um laser intenso remove um elétron de um átomo. Nesse processo clássico, conhecido como geração de harmônicos de alta ordem, a partícula é acelerada pelo campo elétrico da luz e retorna ao átomo de origem, liberando parte da energia acumulada em forma de radiação.

O novo experimento demonstrou que esse limite pode ser ultrapassado quando dois elétrons participam do mecanismo de maneira correlacionada. Para investigar o fenômeno, a equipe utilizou pulsos intensos de laser ultravioleta direcionados a átomos de hélio, cujos elétrons foram removidos sucessivamente.

Embora as partículas tenham sido liberadas em momentos diferentes, elas mantiveram correlações quânticas que impediram que seus comportamentos fossem totalmente independentes. Ao controlar rigorosamente os pulsos de laser, os pesquisadores induziram o retorno simultâneo dos dois elétrons ao átomo.

Nesse momento exato, a energia combinada das partículas foi liberada na forma de um único fóton de raio X com frequência superior à prevista pelo modelo tradicional. Segundo Dimitar Popmintchev, pesquisador da Universidade Técnica de Viena, a liberação simultânea gera fótons mais energéticos justamente por envolver a contribuição de duas cargas elétricas.

A análise do espectro da radiação revelou uma segunda região de emissão além do limite convencional, um comportamento observado exclusivamente no hélio sob as condições testadas, enquanto experimentos semelhantes com argônio e neônio não apresentaram o mesmo resultado.

Além de permitir a produção de raios X com energias mais elevadas, o avanço oferece uma nova ferramenta espectroscópica para investigar interações fundamentais entre elétrons em escalas de tempo extremamente curtas, o que pode beneficiar futuramente pesquisas em computação quântica e o desenvolvimento de nanomateriais.