Fonte de raios X mais potente do mundo cria átomos ocos

Os elétrons foram arrancados de dentro de átomos e moléculas individuais, um por um, em alguns casos apenas os mais internos, criando "átomos ocos".[Imagem: Gregory Stewart/SLAC]

Os primeiros resultados científicos gerados pelo mais potente laser de raios X do mundo, no SLAC National Accelerator Laboratory, nos Estados Unidos, demonstraram uma capacidade inédita para controlar o comportamento de elétrons individuais.

Os elétrons foram arrancados de dentro de átomos e moléculas individuais, um por um, em alguns casos apenas os mais internos, criando "átomos ocos".

Átomos ocos

Estes primeiros resultados mostram em detalhes como os intensos pulsos de raios X alteram cada átomo e cada molécula que o novo instrumento está imageando.

No primeiro experimento, a equipe da Dra. Linda Young usou os pulsos de raios X para arrancar os elétrons, um a um, de átomos do gás neon.

Variando as energias dos fótons dos pulsos, os cientistas arrancaram os elétrons de fora para dentro ou - o que é uma tarefa mais difícil - de dentro para fora, criando os chamados átomos ocos.

O controle dessas alterações é essencial para a obtenção das imagens em escala atômica de moléculas biológicas e para filmar processos químicos - a principal missão do LCLS (Linac Coherent Light Source) .

Ciência nova surpreendente

"Ninguém jamais tinha tido acesso a raios X dessa intensidade, assim o modo como os raios X ultra-intensos interagem com a matéria era algo completamente desconhecido. É importante determinar os mecanismos básicos dessa interação," disse Young.

Já a equipe da Dra Nora Berrah testou a nova fonte de raios X realizando experimentos não com átomos, mas com moléculas.

Seu grupo também criou átomos ocos, só que, neste caso, dentro de moléculas de nitrogênio. E eles encontraram diferenças surpreendentes no modo como pulsos de laser curtos e longos, exatamente com a mesma energia, arrancam os elétrons e danificam as moléculas de nitrogênio.

"Nós simplesmente colocamos as moléculas na câmara e olhamos o que acontecia, e encontramos uma ciência nova surpreendente," disse Matthias Hoener, coautor do estudo. "Agora nós sabemos que, reduzindo o comprimento do pulso, a interação com a molécula se torna menos violenta."

Brinquedo científico

Como uma criança experimentando um novo brinquedo, os cientistas afirmam que estão longe de vislumbrar todo o potencial do LCLS. Mas adiantam que ele permitirá experimentos inéditos em física, química, biologia, ciência dos materiais e energia.

O LCLS é de fato uma ferramenta radical: cada pulso de laser destrói qualquer amostra que atinge.

Mas como certos tipos de danos, como o derretimento de um sólido, não são instantâneos, e se desenvolvem ao longo de um tempo, o truque é minimizar os danos durante o próprio pulso e tirar uma foto dos raios X que se espalham a partir da amostra antes que ela se desintegre.