Investigadores do Instituto Superior Técnico propõem gerar radiação ultra-brilhante com ‘partículas’ mais rápidas que a luz

Uma equipa internacional de físicos liderada por cientistas do Grupo de Lasers e Plasmas (GoLP) do Instituto de Plasmas e Fusão Nuclear (IPFN) do Instituto Superior Técnico descobriu que partículas lentas podem estar na base de uma nova classe de fontes de luz, tão potente quanto as mais avançadas atualmente, mas a uma fração do tamanho. Este trabalho foi apresentado na revista Nature Photonics, uma das publicações científicas de maior impacto na área. A equipa contou também com a participação de investigadores e académicos da Universidade de Rochester, da Universidade da Califórnia nos Estados Unidos e do Laboratório de Ótica Aplicada em França.

“Nada pode deslocar-se mais rápido do que a luz, com a exceção das más notícias, que obedecem às suas próprias regras especiais”. São palavras do escritor e humorista britânico Douglas Adams que contrariam um dos pilares da teoria da relatividade de Albert Einstein, segundo a qual nada pode viajar mais rápido do que a luz. Mas o que aconteceria se houvesse partículas que o conseguissem fazer? Para contornar este limite, os investigadores usaram um truque: em vez de partículas individuais que, de facto, não podem viajar mais rápido que a luz, é possível recorrer às chamadas ‘quase-partículas’ que, neste caso, resultam de um movimento sincronizado de eletrões.

Acontece, então, que as quase-partículas podem viajar a qualquer velocidade, mesmo acima da velocidade da luz. Para John Palastro, coautor deste estudo e professor na Universidade de Rochester, “o aspeto mais fascinante das quase-partículas é a sua capacidade de se moverem de formas que seriam impossíveis de acordo com as leis da física que governam as partículas individuais”, bastando para isso conseguir reorganizar o movimento dos eletrões apropriadamente. Esta flexibilidade abre um conjunto de possibilidades totalmente desconhecidas e inexploradas.

De acordo com Jorge Vieira, professor no Instituto Superior Técnico e mentor do estudo, “estas quase-partículas radiantes dão a possibilidade de construir superfontes de luz que funcionam a partir de um princípio completamente novo. É uma ideia muito refrescante.” Para além disso, o docente argumenta que a simplicidade da abordagem torna-a adequada para experiências em dezenas ou mesmo centenas de laboratórios em todo o mundo, aproximando o conceito teórico da realidade e de um futuro próximo. Bernardo Malaca, estudante de doutoramento no Técnico e primeiro autor do estudo, explica: “partimos do fundamental – quais as condições para várias partículas radiarem como uma só? – e depois aplicámos isso às fontes de luz mais intensas”.

As fontes de luz têm um impacto social profundo, em ciência e tecnologia. Alguns exemplos ilustrativos são imagiologia não destrutiva (como a usada na segurança de aeroportos para fiscalização de bagagens), biologia (na compreensão de processos como a fotossíntese), aplicações tecnológicas (no fabrico de chips para circuitos eletrónicos) e ciências físicas (para compreender o comportamento da matéria no interior de planetas e estrelas). 

As fontes de radiação mais brilhantes (lasers de eletrões livres) são raras – não existem muito mais que 10 países no mundo inteiro com estas máquinas (nos quais Portugal não está incluído). Os lasers de eletrões livres podem ter vários quilómetros de comprimento. Para além do seu tamanho, o custo, e complexidade inviabilizam a sua utilização em laboratórios de universidades, hospitais e empresas. 

De acordo com a teoria agora avançada, as quase-partículas precisam de percorrer apenas algumas décimas de milímetro para produzir luz extremamente brilhante. Como tal, estas fontes poderão causar uma pequena revolução científica e social, caso venham a ser demonstradas em laboratório.

Fonte: Instituto Superior Técnico