O que é Luz Síncrotron?

A luz que vemos – produzida pelo sol, por lâmpadas ou chamas, refletida pelos objetos, captada pelos nossos olhos e finalmente utilizada por nossos cérebros para dar forma e cor ao mundo – corresponde apenas a uma pequeníssima fração das chamadas ondas eletromagnéticas.

No entanto, existem outras tantas ondas eletromagnéticas, outros tantos tipos de luz, que não podemos ver, mas são produzidas nos mais diversos fenômenos naturais e artificiais. O estudo dessas ondas invisíveis leva não só à compreensão dos fenômenos em que são produzidas, mas também permitem o desenvolvimento de tecnologias que as utilizem como, por exemplo, para transmitir e receber informações.

Elas são as ondas de rádio utilizadas por redes Wi-Fi, as micro-ondas de fornos e das redes de celulares, a luz infravermelha de controles remotos, a radiação ultravioleta utilizada no bronzeamento artificial, os raios X das radiografias e tomografias e os raios gama utilizados em terapias contra o câncer e na esterilização de alimentos.

Essas ondas eletromagnéticas são produzidas quando partículas eletricamente carregadas são aceleradas ou desaceleradas. Equipamentos como rádios, televisões e celulares utilizam essas propriedades para transmitir e receber informações. Circuitos presentes nesses dispositivos produzem a oscilação de elétrons pelo material condutor de uma antena. Essa oscilação produz as ondas de rádio que são transmitidas pelo equipamento. Já no receptor, essas mesmas ondas eletromagnéticas oscilarão os elétrons na antena do dispositivo, reproduzindo nos circuitos internos o sinal emitido mais cedo.

Estrutura e Propriedades da Matéria

Todas as coisas, vivas ou não, são feitas de átomos. Estes átomos são compostos por um núcleo, positivamente carregado, e elétrons, negativamente carregados, que orbitam de maneira estável o entorno do núcleo. Cada material é formado por ligações entre diferentes átomos, e suas propriedades dependem de quais são esses átomos e como eles se organizam no espaço.

A forma como os átomos de uma substância se distribuem no espaço define a distribuição dos elétrons ao longo do material – sua estrutura eletrônica – e é dessa estrutura que dependem as propriedades macroscópicas de um material – se ele será rígido ou maleável, opaco ou transparente, ou ainda condutor, semicondutor ou isolante. Por exemplo, dois materiais com propriedades completamente distintas, como o diamante e o grafite, são compostos pelos mesmos átomos de carbono. A única diferença é a distribuição desses átomos no espaço.

Para se investigar as propriedades de diversos materiais é preciso conhecer os átomos que os compõem e como estão distribuídos e da mesma forma como usamos a luz visível para observar as propriedades macroscópicas das coisas, sua forma e cor, é possível utilizar as diversas outras ondas eletromagnéticas para investigar a estrutura, a composição e as propriedades das coisas na escala microscópica, como ferramentas de muito maior precisão do que nossos olhos.

Luz Síncrotron

A luz, ou radiação, síncrotron é um tipo de radiação eletromagnética de alto fluxo e alto brilho que se estende por uma faixa ampla do espectro eletromagnético desde a luz infravermelha, passando pela radiação ultravioleta e chegando aos raios X. Ela é produzida quando partículas carregadas, aceleradas a velocidades próximas à velocidade da luz, têm sua trajetória desviada por campos magnéticos.

A emissão desta radiação foi prevista teoricamente pela primeira vez pelo ucraniano Dmitri Iwanenko e pelo russo Isaak Pomeranchuk em 1944. A comprovação experimental não tardou, e em 1947 ocorreu a primeira observação nos laboratórios de pesquisa da General Electric. Ela foi realizada em um acelerador de partículas do tipo síncrotron, com elétrons acelerados até 99,997% da velocidade da luz.

Num acelerador do tipo síncrotron, o feixe de partículas carregadas é guiado em órbitas circulares por um conjunto de eletroímãs. O campo magnético produzido pelos eletroímãs pode ser variado no tempo e age de forma sincronizada sobre as partículas, que a cada volta possuem velocidades e, portanto, energias cada vez maiores. Desta ação sincronizada vem o nome acelerador síncrotron e é devido a esse tipo de acelerador em que foi observada pela primeira vez que a radiação síncrotron recebeu seu nome.

Mais tarde, em 1956, num acelerador síncrotron da Universidade de Cornell, nos EUA, foram realizados os primeiros experimentos de espectroscopia na região de ultravioleta com a utilização da radiação produzida no acelerador e foi assim iniciada a utilização da luz síncrotron como ferramenta de investigação da composição e estrutura dos mais diversos materiais.

A luz síncrotron é capaz de penetrar a matéria e revelar características de sua estrutura molecular e atômica. O amplo espectro dessa radiação permite aos pesquisadores utilizar os comprimentos de onda mais adequados para o experimento que desejarem executar. Ainda, o alto fluxo e o alto brilho permitem experimentos mais rápidos e a investigação de detalhes cada vez menores, com resolução espacial de nanômetros.

Com a radiação síncrotron, é possível também acompanhar a evolução temporal de processos que ocorrem em frações de segundo, em variadas condições de temperatura e pressão.