A importância do Femtosegundo

Existem, nos dias que correm, várias coisas que nos proporcionam conforto e sobre as quais nem sequer largamos uma pequena contemplação. Existem e pronto, estão ali por e para nós. No entanto, se não existissem também não haveria grande problema. As coisas só nos fazem falta quando sabemos da sua existência. De vez em quando, embora a maioria das vezes em tom de brincadeira, soltamos um fragmento de pensamento sobre algo que poderia ser útil se, eventualmente, existisse.

Depois de Einstein ter postulado toda a teoria da relatividade, desde a restrita até à generalizada, teoria que mudou toda a forma de olhar a física, recebeu, em 1921, o prémio Nobel da física. É verdade. Recebeu sim senhores, mas por ter descoberto o efeito fotoeléctrico e não pela teoria que abalou a física. Go figure, como dizem os ingleses.

Einstein descobriu que a luz se decompunha em porções de energia, às quais chamou quanta, mais tarde denominadas como fotões. A energia dos fotões é absorvida pelos electrões dos materiais, o que faz com que estes deixem o material que compõem, transformando-se em fotoelectrões. Contando os electrões que se libertam, i.e., a corrente eléctrica emanada do material, sabemos a quantidade de energia dum feixe de luz.

Esta descoberta deu origem, mais tarde, aos sensores de luz que fazem com que determinados locais se iluminem automaticamente quando fica escuro, que o portão da vossa garagem, ou a porta do vosso elevador se abra automaticamente se algo ou alguém tapar a célula fotoeléctrica, não permitindo, assim, acidentes que poderiam de alguma forma se tornarem graves. Pois é, as células fotoeléctricas que vos proporcionam conforto são provenientes duma descoberta do físico Albert Einstein.

O fotão transforma-se assim que atinge o electrão e por isto nunca conseguiremos analisá-lo. Como não se consegue contar os fotões temos de contar os fotoelectrões libertados dos materiais, logo a análise do comportamento da energia contida num feixe de luz será sempre indirecta, porque o que se consegue reter são os electrões transformados pela luz. Este processo de quantificação chama-se electrodinâmica quântica ou óptica quântica.

Mas antes de Einstein ter descoberto o efeito fotoeléctrico, já um senhor James Clerk Maxwell tinha descoberto que a luz viaja em forma de ondas electromagnéticas, assim como as ondas de rádio ou as micro ondas. Estas, as micro ondas, têm a capacidade de excitar as moléculas de água fazendo com que estas aqueçam. Aqui está mais uma aplicação da física às nossas necessidades. Os famosos fornos micro ondas para aquecer a comida.

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O princípio da incerteza de Heisenberg consiste no facto de não se conseguir saber ao mesmo tempo qual a posição, a velocidade e a massa de uma partícula (electrão, por exemplo). Para conseguirmos medir a posição necessitamos de ver a partícula, logo, teremos de fazer incidir luz sobre a partícula adicionando um elemento à composição. Esse elemento foto voltaico altera a partícula, fazendo com que o seu momentum se altere. Por isso: quando sabemos a posição exacta, não sabemos o seu momentum.

Para medirmos o momentum precisamos de saber a massa da partícula e a que horas (liberdade poética) ela partiu e a que horas ela chegou. Medindo a distância percorrida, o tempo perdido e a massa, sabemos o momentum, mas nunca onde se encontra a partícula a dado momento daquele período.

Mas... a tudo isto ainda teremos de adicionar mais duas variáveis:
O facto das partículas fazerem o seu trajecto em forma de onda e não em linha recta e ainda o tão famoso Spin que consiste em:

Movimento de rotação não completo para um lado e para o outro, ou seja, roda sobre si próprio, mas não completa a volta, retornando no sentido inverso, o que provoca uma trajectória em arco, em torno dum corpo, e que varia de partícula para partícula. Por exemplo, sabemos que os electrões têm um Spin de ½, ou seja, roda sobre si próprio até meia volta e retorna, com outra meia volta, ao principio e assim sucessivamente.

Portanto, a melhor hipótese de se arrecadar alguns dados pseudo fiáveis, será lançar duas ou mais partículas em condições semelhantes e analisar, depois, a dispersão e/ou a entropia das medições.

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Em 1960 a Conferência Geral para os Pesos e Medidas (General Conference on Weights and Measures – GCWM) determinou que um metro era um certo número de comprimentos de onda da luz e em 1967 determinou que um segundo eram 9 192 631 770 oscilações da radiação emitida pela luz. Mais tarde, usando estas medidas, comprimentos de onda x frequência, consegui-se estabelecer que a luz viaja a 299 792 458 metros por segundo. Isto quer dizer que 1 metro é a distância que a luz percorre em 1/299 792 458 segundos.

John Hall e Theodor Hänsch, laureados com 25%, cada um deles, com o prémio Nobel da física deste ano, inventaram uma técnica para fazer cortes sucessivos na emissão de luz de um laser. Esta técnica chama-se técnica do pente e consiste em fazer parar a emissão de luz intermitentemente a cada attosegundo (1^-18s). Apesar de conseguir a intermitência a cada attosegundo, só é possível a estabilização ao femtosegundo(1^-15s). O que se consegue ver é algo do género:
____ ____ ____ ____ ____ ____. Cada ____ é um femtosegundo de luz. Além disto tudo, conseguiram criar uma máquina +/- portátil para fins comerciais, nomeadamente, para hospitais.

O que se consegue com este tipo de máquina é uma ressonância magnética muito mais eficaz. Esta máquina consegue medir uma célula pré cancerígena. Ou seja, descobre células que, apesar de ainda não o serem, podem degenerar em cancerígena, porque consegue ver partes ínfimas das células, devido ao curtíssimo tempo de luz emitido. Consegue ver mais fundo e mais longe. Para além disso irá conseguir-se medir o metro e o segundo com ainda maior eficácia.