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 por fótons fosse algo restrito à ficção científica, sua proposta lançou as bases para avanços significativos na pesquisa sobre lasers.
Hoje, cientistas de várias partes do mundo trabalham para desenvolver um “laser de raios gama”, uma tecnologia que, se bem-sucedida, poderia transformar a forma como exploramos o Universo, tratamos o câncer e nos defendemos contra ameaças como mísseis.
Os raios gama, a forma mais energética de luz no Universo, são invisíveis para o olho humano e emanam de eventos astronômicos extremos, como supernovas e pulsares. Esses raios viajam à velocidade da luz e possuem comprimentos de onda tão diminutos que podem atravessar o espaço entre os átomos de um detector. A tecnologia necessária para criar um laser de raios gama, ou “graser“, ainda está em desenvolvimento e é considerada um dos maiores desafios da física moderna.
Como desenvolver lasers de raios gama
Desde a invenção do primeiro laser em 1961, cientistas têm tentado expandir a tecnologia dos lasers para cobrir todo o espectro eletromagnético. Atualmente, lasers de raios-X já são uma realidade, e o próximo passo seria alcançar os de raios gama.
Para desenvolver um laser de raios gama, é necessário manipular núcleos atômicos em estados excitados, conhecidos como isômeros, para gerar fótons gama coerentes. Uma abordagem avançada para resolver esse problema envolve o uso de 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.
Pesquisadores da Universidade de Rochester, nos EUA, em colaboração com o ELI Beamlines, um centro de pesquisa na República Tcheca, estão trabalhando nesse sentido. Em um comunicado, o professor Antonino Di Piazza, de Rochester, afirma que a criação de raios gama coerentes poderia revolucionar a ciência, assim como a descoberta de lasers visíveis e raios-X alterou nossa compreensão do mundo atômico.
O objetivo inicial é demonstrar a viabilidade da ciência por trás dessa tecnologia, utilizando uma teoria quântica avançada para estudar como um ou dois elétrons emitem luz, com a meta 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 por longos períodos, esses raios poderiam abrir novas possibilidades na criação de antimatéria, estudo de processos nucleares e análise de objetos densos.
Um estudo publicado em 2012 na revista Acta Astronautica sugeriu a possibilidade de propulsão de foguetes usando lasers de raios gama. A proposta envolve a aniquilação de prótons e antiprótons para gerar uma onda massiva de raios gama, que seria então canalizada dentro de uma espaçonave para criar um impulso.
Realidade possível em um futuro distante
Embora a ideia seja promissora, os desafios técnicos são substanciais. Um estudo de 2020 na Suécia e na Islândia explorou o uso de combustível de hidrogênio para gerar a energia necessária para foguetes maiores, mas ainda há muito a ser feito.
Um avanço significativo ocorreu em 2019, quando cientistas da Universidade da Califórnia, Riverside, encapsularam com sucesso uma bolha de positrônio, átomos com pósitrons, dentro de hélio líquido superfluido. Esse hélio, que atua como um supercondutor, ajudou a proteger o positrônio e 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 menor necessidade de energia para manter isômeros, o que poderia resolver o problema da coerência do feixe. Embora um laser de raios gama não esteja prestes a impulsionar naves espaciais para a galáxia de Andrômeda em um futuro próximo, a tecnologia subjacente pode ser a chave para tornar essa jornada possível algum dia.