Convidado pelo IFUSP, o pesquisador Prof. Ricardo Samad (IPEN), comenta o Prêmio Nobel 2023 destacando a importância dos lasers para a pesquisa científica e reflete sobre a área de pesquisa no Brasil.
Por: Ricardo Samad
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O Prêmio Nobel de Física de 2023 foi uma ótima surpresa para nós que trabalhamos na área de lasers, especificamente com pulsos ultracurtos.
Os pulsos lasers de attossegundos, gerados pelos 3 agraciados com o prêmio, são os eventos mais rápidos produzidos pela humanidade, e mais uma vez os lasers demonstram sua importância no desenvolvimento da ciência e tecnologia: desde que foi inventado em 1960 até hoje, 13 Prêmios Nobel em física, 20% do total, foram concedidos para trabalhos de desenvolvimento de lasers ou tiveram estes como parte fundamental da pesquisa agraciada. Mais três Prêmios Nobel em Química envolvem lasers. Recentemente, lasers conseguiram atingir o “breakeven” em fusão nuclear, ou seja, foi gerada mais energia do que a energia óptica gasta, um marco importante para o desenvolvimento de novas fontes de energia; novas tecnologias de aceleração de partículas com lasers compactos vêm ganhando espaço no mundo, juntamente com aplicações médicas, industriais e ambientais, que promovem grandes avanços científicos e tecnológicos.
Especificamente sobre o Nobel de 2023, ele coroa um trabalho de fôlego que vem sendo desenvolvido por vários grupos ao redor do mundo nos últimos 35 anos, para nos dar acesso a processos físicos que há poucas décadas eram considerados como instantâneos. O desenvolvimento de lasers de femtossegundos (1 fs = 10-15 s, ou, 1 milionésimo de 1 bilionésimo de segundo) associado à amplificação de pulsos “chirped”, elevou a intensidade dos lasers e nos permitiu observar como ocorrem reações químicas, ionizar gases por processos de tunelamento e gerar plasmas e emissão de raios x com características laser. Estes desenvolvimentos possibilitaram criar pulsos de attossegundos (1 as = 10-18 s, ou 1 milésimo de fs, ou 1 bilionésimo de 1 bilionésimo de segundo), que permitem estudar o movimento de elétrons dentro de átomos, moléculas e na matéria condensada, aumentando a nossa compreensão de fenômenos extremamente rápidos em tempos minúsculos. Nestas escalas temporais, podemos considerar que o universo atômico está parado, e apenas os elétrons se movem. Novos conhecimentos como esse e o avanço na tecnologia dos lasers podem levar a novas aplicações dentro de alguns anos, como a compreensão e o domínio da fotossíntese, como exemplificado pela Dra. Anne L’Hullier, ganhadora do Prêmio Nobel.
A geração dos pulsos de attossegundos se inicia com a focalização de um pulso laser de alta intensidade em um gás nobre, gerando harmônicos da frequência do laser por um processo não-linear. Em 1987, L’Hullier observou a geração até o 33º harmônico de um laser de Nd. Atualmente, harmônicos superiores à centésima ordem são gerados com pulsos de femtossegundos; sob certas condições, alguns destes harmônicos já podem ter duração de attossegundos, porém a combinação dos harmônicos já permitiu a geração de pulsos mais curtos que 50 attossegundos.
Nosso grupo de lasers no IPEN entrou a fundo na área de femtossegundos há mais de 20 anos, quando recebemos o apoio de um Projeto Temático da FAPESP (2000/15135-9), e cerca de 15 anos atrás estávamos gerando harmônicos como os que originam os pulsos de attossegundos – provavelmente geramos em nosso laboratório pulsos de attossegundos, porém não dispúnhamos de meios para medí-los. Continuamos trabalhando com pulsos de femtossegundos, mas agora estamos concentrando nossos esforços na aceleração de partículas por laser. Infelizmente, não creio que ninguém no Brasil tenha gerado (e medido) pulsos de attossegundos, apesar de termos tidos outros grupos que trabalharam com geração de harmônicos no Instituto de Física da USP de São Carlos, e na Universidade Federal de Pernambuco. Infelizmente houve uma estagnação desta atividade no Brasil, contrariamente ao que está ocorrendo no mundo desenvolvido, com a criação de grandes estruturas como a LaserNetUS e o ELI. Atuamos na área de aceleração de partículas por laser, que está sendo considerada como chave para aceleradores de elétrons que podem atingir energias de TeV. Assim, esta área deverá gerar outros prêmios Nobel num futuro próximo.
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