O laser é, tanto quanto o computador, parte imprescindível de nosso dia-a-dia: impressoras a laser, discos laser, DVDs, cirurgias e outros procedimentos médicos. Sem dúvida, o laser, que virou quarentão este ano, merece o nosso respeito como uma das invenções mais críticas do século 20. Daí que hoje gostaria de celebrá-lo, dedicando esta crônica a esse importante aliado de nosso laser.
Desculpem-me, caros leitores, mas não resisti a trocar o "z" pelo "s".Tudo começou em 1905, quando Einstein postulou que a luz pode ser interpretada tanto como uma onda, algo que já se sabia, quanto como uma partícula, o fóton, algo que tomou muita coragem na época. A luz visível é apenas uma das várias manifestações da radiação eletromagnética, que inclui as ondas de rádio, as radiações infravermelha e ultravioleta, os raios X e os raios gama.
A única diferença entre esses tipos de radiação é a frequência, que cresce das ondas de rádio até os raios gama. Einstein argumentou que a radiação eletromagnética pode ser representada por essas pequenas "balas" de radiação, cuja energia cresce com a frequência. Os fótons das ondas de rádio, de menor frequência, têm as menores energias, enquanto que aqueles dos raios gama são os mais energéticos.
O segundo componente que precisamos para entender como funcionam os lasers é o simples modelo atômico proposto por Niels Bohr em 1913. Segundo Bohr, o átomo pode ser representado por um pequeno núcleo de carga positiva e por elétrons que giram em torno desse núcleo em órbitas discretas. A novidade aqui é a idéia de órbitas discretas: é como se os elétrons só pudessem andar em trilhos concêntricos circundando o núcleo, não podendo andar no espaço entre os trilhos.
O trilho mais próximo do núcleo é o "estado fundamental" do átomo; os elétrons não podem cair no núcleo. Para subir de uma órbita para outra, os elétrons precisam de energia, tal como nós precisamos de energia para subir uma escada. Essa energia é fornecida por fótons, que precisam ter energias exatamente iguais à diferença de energia entre as duas órbitas. O elétron "come" (absorve) o fóton e com isso tem energia suficiente para subir de nível. Já um elétron em um nível superior (ou excitado) só pode descer emitindo um fóton com energia idêntica à diferença de energia entre as duas órbitas.
Portanto átomos em estados excitados emitem fótons ou radiação com frequência determinada.Imagine um átomo no estado fundamental. Se o bombardearmos com fótons de energia adequada, os elétrons irão absorvê-los e migrar para estados excitados. Esse processo é conhecido como "absorção estimulada". Caso o átomo esteja em um estado excitado, duas coisas podem acontecer: ou ele decai espontaneamente, emitindo um fóton com a frequência adequada (emissão espontânea), ou estimulamos seu decaimento bombardeando-o com fótons de frequência adequada (emissão estimulada). Esse último processo é fundamental no funcionamento do laser.
Isso porque, quando um fóton estimula o decaimento do átomo, outro fóton será liberado durante o decaimento, com energia idêntica à do primeiro. Ou seja, usamos um e pegamos dois. Uma situação semelhante acontece quando tentamos recuperar uma bola que ficou presa em uma árvore atirando outra bola. Se formos bem sucedidos, recuperamos a bola que jogamos e a que estava presa. Portanto, se prepararmos um número grande de átomos em um estado excitado e bombardearmos um desses átomos com um fóton, obtemos dois fótons (o usado como "bala" e o liberado no decaimento).
Esses dois fótons se chocam com dois outros átomos, liberando dois outros fótons (quatro no total), esses quatro liberam oito, e assim por diante, em uma incrível amplificação do efeito inicial. Daí a sigla "laser", que vem do inglês "Amplificação de Luz por Emissão Estimulada de Radiação". Mais ainda, todos esses fótons têm exatamente a mesma energia, formando radiação altamente coerente. Por isso o laser tem um tom tão intenso.Os lasers mais comuns usam uma combinação de gases hélio e neônio. Essa mistura é estimulada por uma descarga elétrica que põe átomos de neônio em um estado excitado. Quando um fóton estimula seu decaimento, outros fótons são emitidos, gerando uma luz vermelha muito familiar. Na próxima vez que você ouvir um CD, essa familiar e intensa luz vermelha será menos misteriosa
Nenhum comentário:
Postar um comentário