MADRID 20 nov. (EUROPA PRESS) -
Usar lasers como pinças para entender a eletrificação das nuvens pode parecer ficção científica, mas no Instituto Austríaco de Ciência e Tecnologia (ISTA) isso é uma realidade. Ao prender e carregar partículas de tamanho micrométrico com lasers, os pesquisadores agora podem observar a dinâmica de carga e descarga ao longo do tempo. Esse método, publicado na Physical Review Letters, pode fornecer informações importantes sobre o que causa os relâmpagos.
Os aerossóis são partículas líquidas ou sólidas que flutuam no ar. Eles nos cercam por toda parte. Alguns são grandes e visíveis, como o pólen na primavera, enquanto outros, como os vírus que se espalham durante a temporada de gripe, não podem ser detectados a olho nu. Podemos até sentir o gosto de alguns, como os cristais de sal que inalamos na praia.
A estudante de doutorado Andrea Stöllner, membro dos grupos de Waitukaitis e Muller no Instituto Austríaco de Ciência e Tecnologia (ISTA), concentra sua pesquisa em cristais de gelo dentro das nuvens. A cientista austríaca usa aerossóis modelo - pequenas partículas de sílica transparentes - para explorar como esses cristais de gelo se acumulam e como eles interagem com a carga elétrica.
Stöllner, juntamente com o ex-pesquisador de pós-doutorado da ISTA Isaac Lenton, o professor assistente da ISTA Scott Waitukaitis e outros, desenvolveu um método para capturar, manter e carregar eletricamente uma única partícula de sílica usando dois feixes de laser. Essa abordagem tem potencial para ser aplicada em várias áreas, inclusive para explicar como as nuvens são eletrificadas e o que causa os relâmpagos.
Andrea Stöllner está em frente a uma grande mesa coberta de dispositivos metálicos brilhantes. Feixes de laser verde passam pelo espaço, refletindo em uma série de pequenos espelhos. Um som sibilante vem da mesa, como o ar escapando de um pneu. "É uma mesa antivibração", explica Stöllner, enfatizando seu papel fundamental na absorção das vibrações da sala e dos equipamentos próximos, essencial para o trabalho de precisão com lasers.
Os feixes ziguezagueiam ao longo de uma espécie de pista de obstáculos, convergindo em dois fluxos que são canalizados para um contêiner. Lá, os dois feixes se encontram e criam uma "armadilha" onde pequenos objetos são mantidos firmemente apenas pela luz, agindo como "pinças ópticas". Dentro dessa caixa mágica, as partículas passam por essas pinças. De repente, um flash verde aparece, sinalizando o sucesso: uma partícula de aerossol verde brilhante e perfeitamente redonda foi capturada e mantida firmemente pela pinça.
Stöllner levou quase quatro anos para aperfeiçoar o experimento a ponto de fornecer dados confiáveis, com base em uma versão anterior da configuração desenvolvida por seu ex-colega da ISTA, Lenton. "Originalmente, nossa configuração foi projetada para conter uma única partícula, analisar sua carga e determinar como a umidade a modifica", explica Stöllner. "Mas nunca tínhamos ido tão longe antes. Descobrimos que o laser que usamos carrega nossas partículas de aerossol."
A cientista e seus colegas descobriram que os lasers carregam a partícula por meio de um "processo de dois fótons". Normalmente, as partículas de aerossol têm uma carga quase neutra, com elétrons (entidades carregadas negativamente) orbitando cada átomo da partícula. Os feixes de laser consistem em fótons (partículas de luz que viajam na velocidade da luz) e, quando dois desses fótons são absorvidos simultaneamente, eles podem ejetar um elétron da partícula. Dessa forma, a partícula adquire uma carga positiva elementar. Progressivamente, sua carga positiva aumenta.
Para Stöllner, a descoberta desse mecanismo é um achado empolgante que ele pode usar em sua pesquisa. "Agora podemos observar com precisão a evolução de uma partícula de aerossol à medida que ela se carrega de neutra para altamente carregada e ajustar a potência do laser para controlar a velocidade.
Essa observação também revela que, à medida que a partícula se torna positivamente carregada, ela começa a se descarregar, o que significa que ocasionalmente libera carga em explosões espontâneas.
As nuvens de tempestade contêm cristais de gelo e pelotas de gelo maiores. Quando essas partículas colidem, elas trocam cargas elétricas. Por fim, a nuvem fica tão carregada que se forma um raio. Uma teoria sugere que a primeira faísca de um raio pode se originar dos próprios cristais de gelo carregados. Entretanto, a ciência exata por trás da formação de raios permanece um mistério. Outras teorias sugerem que os raios cósmicos iniciam o processo, pois as partículas carregadas que eles criam são aceleradas a partir de campos elétricos pré-existentes. De acordo com Stöllner, no entanto, a opinião atual da comunidade científica é que, de qualquer forma, o campo elétrico nas nuvens parece muito fraco para causar raios.
"Nosso novo sistema nos permite explorar a teoria dos cristais de gelo examinando de perto a dinâmica da carga de uma partícula ao longo do tempo", explica Stöllner. Embora os cristais de gelo nas nuvens sejam muito maiores do que os do modelo, os cientistas da ISTA estão agora procurando decifrar essas interações em microescala para entender melhor o quadro geral. "Nossos modelos de cristais de gelo mostram descargas, e pode haver mais do que isso. Imagine se, com o tempo, eles criassem pequenas faíscas de relâmpagos; isso seria incrível", conclui Stöllner.
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