Laser de raios gama pode destravar viagens interestelares e revolucionar a medicina e a defesa

Nas décadas de 1950, o engenheiro aeroespacial Eugen Sänger teorizou que, se a matéria pudesse ser completamente convertida em partículas de luz (fótons), esses fótons poderiam impulsionar um foguete a velocidades intergalácticas.

Embora ele acreditasse que um foguete de fótons fosse algo exclusivo da ficção científica, a semente dessa ideia continua a germinar.

Hoje, várias equipes de pesquisa estão buscando uma tecnologia capaz de manter raios gama coerentes, a forma mais energética de luz no universo, o que pode abrir caminho para viagens interestelares.

Se conseguirmos produzir raios gama coerentes da mesma forma que um laser comum produz raios de luz visível, a tecnologia poderia não apenas viabilizar viagens interestelares, mas também neutralizar mísseis e revolucionar o tratamento do câncer.

Embora o laser de raios gama (também conhecido como “graser”) ainda seja conceitual, ele é considerado um dos problemas mais importantes da física.

Invisíveis aos nossos olhos, os raios gama emergem de explosões de supernovas e dos objetos mais quentes e densos do cosmos, como pulsares, estrelas de nêutrons altamente magnetizadas que emitem pulsos de radiação.

Esses raios viajam pelo vácuo do espaço à velocidade da luz, com comprimentos de onda tão minúsculos que podem passar pelo espaço dentro dos átomos de um detector. Com os menores comprimentos de onda e a maior frequência, os raios gama estão em uma extremidade extrema do espectro eletromagnético.

Desde a invenção do primeiro laser em 1961, visionários têm tentado empurrar a tecnologia de laser para os limites mais distantes do espectro eletromagnético. Ao longo do caminho, os cientistas aprenderam a estabilizar os raios gama em um feixe coerente, um passo necessário para desenvolver qualquer tecnologia de laser.

Um laser tradicional excita elétrons em um gás, líquido ou sólido para emitir radiação coerente. Em outras palavras, as emissões de fótons estão sincronizadas entre si, como soldados marchando em passo, gerando um efeito mais forte em combinação.

Isso é diferente da luz emitida por uma lâmpada incandescente, cuja radiação é incoerente ou aleatória, dependendo de quais átomos estão excitados em um determinado momento.

Para realizar essa dança com fótons ao nível de gama, os cientistas devem manipular um número maciço de núcleos atômicos em estados excitados e deformados conhecidos como isômeros.

Ir além da tecnologia de laser atual, que inclui lasers de raios X coerentes, adjacentes aos raios gama no espectro eletromagnético, significa que os cientistas precisam investigar o que acontece quando aglomerados densos de elétrons rápidos colidem com um campo de laser forte para emitir luz de alta energia.

É isso que pesquisadores da Universidade de Rochester estão fazendo em colaboração com colegas do ELI Beamlines, um centro de pesquisa em lasers na República Tcheca.

“A capacidade de produzir raios gama coerentes seria uma revolução científica na criação de novos tipos de fontes de luz, similar a como a descoberta e o desenvolvimento de fontes de luz visível e raios-x mudaram nossa compreensão fundamental do mundo atômico”, afirma Antonino Di Piazza, Ph.D., professor de física da Universidade de Rochester e investigador principal do novo trabalho, em um comunicado à imprensa.

O primeiro passo para construir qualquer laser funcional é mostrar que a ciência funciona, diz ele. “Não somos os primeiros cientistas a tentar criar raios gama dessa maneira.

Mas estamos fazendo isso usando uma teoria totalmente quântica – a eletrodinâmica quântica – que é uma abordagem avançada para resolver esse problema.”

A equipe analisará como um ou dois elétrons emitem luz. Eventualmente, esperam trabalhar com muitos elétrons para produzir raios gama coerentes. Se a equipe aprender a manter o feixe coerente e estável por longos períodos, os raios gama poderão se tornar uma nova fonte de energia para criar antimatéria (como a matéria, mas com a carga elétrica oposta).

Eles também poderiam fornecer uma nova maneira de estudar processos nucleares e escanear o interior de objetos densos, como contêineres de carga.

Financiado pela National Science Foundation, este projeto se baseia em pesquisas anteriores sobre raios gama coerentes. Por exemplo, um artigo de 2012 na revista Acta Astronáutica propôs a propulsão de foguetes via laser de raios gama de gigaelétron-volt.

“Mostra-se que a ideia de um foguete de fótons através da completa aniquilação de matéria com antimatéria, proposta por Sänger, não é um esquema utópico como se acredita amplamente”, conforme os autores.

Embora o desenvolvimento de um laser de raios gama de próxima geração possa não nos levar à galáxia de Andrômeda em nossas vidas, a tecnologia subjacente para tornar essa jornada possível pode muito bem estar a caminho.

Fonte: popularmechanics