Nobel de Física de 2023 foi concedido em reconhecimento aos avanços na pesquisa de pulsos ultracurtos de luz

O Prêmio Nobel de Física de 2023 foi concedido a três pesquisadores por seus avanços no desenvolvimento de “métodos experimentais que geram pulsos de luz de attossegundos, permitindo o estudo da dinâmica eletrônica na matéria”. Os laureados incluem Pierre Agostini da Universidade Estadual de Ohio, Ferenc Krausz do Instituto Max Planck de Óptica Quântica e Anne L’Huillier da Universidade de Lund. Um attossegundo, uma medida temporal extremamente breve equivalente a um bilionésimo de bilionésimo de segundo, ilustra a magnitude dessas conquistas, comparando-o ao tempo de toda a idade do Universo em segundos.

Esses pulsos de luz extremamente curtos são essenciais para capturar e analisar eventos ultrarrápidos, como os movimentos e mudanças de energia dos elétrons que resultam na emissão de fótons. Os cientistas se referem a esses pulsos como “gotas de luz” e eles representam uma nova gama de ferramentas que revolucionaram a exploração do comportamento dos elétrons em átomos e moléculas.

Para entender eventos de alta velocidade, é como assistir a um filme com muitos quadros por segundo, onde as mudanças ocorrem em frações de attossegundos. Essa rápida captura de “fotografias” dos elétrons em cada etapa de seu movimento permite a criação de filmes detalhados das partículas em ação e interação mútua.

Em 1987, a professora Anne L’Huillier fez uma descoberta fundamental ao observar a geração de múltiplos harmônicos de luz ao transmitir luz laser infravermelha através de um gás nobre, onde cada harmônico representa uma onda de luz com um número específico de ciclos em relação à luz laser original. Esses harmônicos são criados pela interação entre o laser e os átomos do gás, resultando na emissão de pulsos de luz adicionais quando os elétrons retornam ao estado fundamental.

Posteriormente, em 2001, Pierre Agostini conseguiu produzir uma série de pulsos de luz consecutivos, conhecidos como “trem de pulsos”, com duração de apenas 250 attossegundos. Paralelamente, Ferenc Krausz realizou experimentos que permitiram isolar um único pulso de luz com uma duração de 650 attossegundos. Esses avanços foram fundamentais para a pesquisa na área da geração de pulsos ultracurtos de luz.

“Podemos agora abrir a porta para o mundo dos elétrons. A física do attosegundo nos dá a oportunidade de compreender os mecanismos que são governados pelos elétrons. O próximo passo será utilizá-los,” afirmou Eva Olsson, presidente do Comitê do Nobel de Física.

Na verdade, estas técnicas já estão sendo amplamente aplicadas, não apenas para estudar os fundamentos da matéria, mas também em diversas aplicações, abrangendo desde LEDs, pontos quânticos e células solares até os princípios básicos da fotossíntese, todos processos tão rápidos que antes eram impossíveis de acompanhar.

Além disso, existem aplicações potenciais em diversas áreas. Na eletrônica, por exemplo, é crucial compreender e controlar o comportamento dos elétrons em semicondutores, incluindo materiais bidimensionais como o grafeno. Os pulsos de attosegundo também mostram utilidade na identificação de diferentes moléculas, o que é extremamente valioso em diagnósticos médicos.

E as pesquisas continuam avançando. No campo das medições de tempo, já estamos na escala dos zeptossegundos – 1 zeptossegundo equivale a 10-21 segundo.

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