Lasers de raios gama podem revolucionar a exploração espacial

Na década de 1950, o engenheiro aeroespacial alemão Eugen Sänger propôs a ideia revolucionária de usar fótons, partículas de luz, como fonte de energia para impulsionar foguetes a velocidades intergalácticas. Embora ele acreditasse que um foguete movido a fótons fosse algo restrito à ficção científica, sua proposta lançou as bases para avanços significativos na pesquisa do laser.

Hoje, cientistas de todo o mundo estão a trabalhar para desenvolver um “laser de raios gama”, uma tecnologia que, se for bem-sucedida, poderá transformar a forma como exploramos o Universo, tratamos o cancro e nos defendemos contra ameaças como os mísseis.

Os raios gama, a forma de luz mais energética do Universo, são invisíveis ao olho humano e emanam de eventos astronômicos extremos, como supernovas e pulsares. Esses raios viajam à velocidade da luz e têm comprimentos de onda tão pequenos que podem passar pelo espaço entre os átomos de um detector. A tecnologia necessária para criar um laser de raios gama, ou “pastor“, ainda está em desenvolvimento e é considerado um dos maiores desafios da física moderna.

Como desenvolver lasers de raios gama

Desde a invenção do primeiro laser em 1961, os cientistas têm tentado expandir a tecnologia do laser para cobrir todo o espectro eletromagnético. Atualmente, os lasers de raios X já são uma realidade, e o próximo passo seria chegar aos raios gama.

Para desenvolver um laser de raios gama, é necessário manipular os núcleos atômicos em estados excitados, conhecidos como isômeros, para gerar fótons gama coerentes. Uma abordagem avançada para resolver este problema envolve o uso da eletrodinâmica quântica, uma teoria que busca entender como feixes densos de elétrons rápidos interagem com fortes campos de laser para emitir luz de alta energia.

Investigadores da Universidade de Rochester, nos EUA, em colaboração com o ELI Beamlines, um centro de investigação na República Checa, estão a trabalhar para atingir este objetivo. Em um declaraçãoO professor de Rochester, Antonino Di Piazza, afirma que a criação de raios gama coerentes poderia revolucionar a ciência, tal como a descoberta de lasers visíveis e raios X alterou a nossa compreensão do mundo atómico.

O objetivo inicial é demonstrar a viabilidade da ciência por trás dessa tecnologia, utilizando a teoria quântica avançada para estudar como um ou dois elétrons emitem luz, com o objetivo de eventualmente trabalhar com muitos elétrons para gerar raios gama coerentes.

Segundo Di Piazza, os benefícios potenciais são vastos. Se os cientistas conseguirem manter um feixe coerente e estável de raios gama durante longos períodos, estes raios poderão abrir novas possibilidades na criação de antimatéria, no estudo de processos nucleares e na análise de objetos densos.

Um estudo publicado em 2012 na revista Acta Astronáutica sugeriu a possibilidade de propulsão de foguetes usando lasers de raios gama. A proposta envolve a aniquilação de prótons e antiprótons para gerar uma enorme onda de raios gama, que seria então canalizada para dentro de uma espaçonave para criar impulso.

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Realidade possível em um futuro distante

Embora a ideia seja promissora, os desafios técnicos são substanciais. Um estudo de 2020 A Suécia e a Islândia exploraram a utilização de combustível hidrogénio para gerar a energia necessária para foguetes maiores, mas ainda há muito a fazer.

Um avanço significativo ocorreu em 2019, quando cientistas da Universidade da Califórnia, em Riverside, encapsularam com sucesso uma bolha de positrônio, átomos com pósitrons, dentro de hélio líquido superfluido. Esse hélio, que atua como supercondutor, ajudou a proteger o positrônio e a manter os raios gama em um estado quântico conhecido como condensado de Bose-Einstein.

Apesar dos desafios, alguns isótopos promissores podem fornecer raios gama mais energéticos com menos energia necessária para manter os isômeros, o que poderia resolver o problema de coerência do feixe. Embora um laser de raios gama não esteja prestes a impulsionar uma nave espacial para a galáxia de Andrómeda num futuro próximo, a tecnologia subjacente pode ser a chave para tornar possível tal viagem algum dia.