A instalação de laser ZEUS, financiada pela Fundação Nacional de Ciência dos Estados Unidos e localizada na Universidade de Michigan, realizou seu primeiro experimento oficial atingindo 2 petawatts de potência de pico, praticamente dobrando o desempenho de qualquer outro laser norte-americano. Embora essa energia corresponda a mais de cem vezes a produção global de eletricidade, ela dura apenas 25 quintilionésimos de segundo, tempo suficiente para abrir novas possibilidades científicas.
Segundo Karl Krushelnick, diretor do Centro Gérard Mourou para Ciência Óptica Ultrarrápida, o marco inaugura pesquisas em territórios até então desconhecidos no país. O ZEUS é uma instalação aberta a usuários, permitindo que equipes nacionais e internacionais submetam propostas de experimentos submetidas a avaliação independente.
As aplicações vão da medicina e segurança nacional à astrofísica, ciência de materiais, física quântica e estudos de plasma.
Para Franklin Dollar, professor da Universidade da Califórnia em Irvine e responsável pelo primeiro experimento de usuário a 2 petawatts, a possibilidade de dividir o laser em vários feixes é um diferencial que promete impulsionar prioridades científicas. Sua equipe e pesquisadores do ZEUS pretendem produzir feixes eletrônicos com energias equivalentes às obtidas em aceleradores de centenas de metros, estimando valores entre cinco e dez vezes maiores que os já alcançados na instalação.
Esse avanço depende do uso de dois feixes laser separados: um cria um canal guia, enquanto o outro acelera elétrons através dele. O cientista Anatoly Maksimchuk explica que o processo exige um alvo redesenhado, com alongamento da célula contendo gás — hélio neste caso. O pulso interage com o gás, arranca elétrons e forma plasma, permitindo que essas partículas “surfiem” atrás do laser em um fenômeno chamado aceleração de esteira. Em um ambiente menos denso e mais longo, os elétrons aceleram por mais tempo, atingindo velocidades maiores.
A demonstração prepara terreno para o experimento principal previsto para o fim do ano, quando os elétrons acelerados colidirão com pulsos laser enviados na direção oposta. Na perspectiva em movimento das partículas, o pulso de 3 petawatts aparentará ser um milhão de vezes mais poderoso — alcançando a escala zettawatt, origem do nome ZEUS: “Sistema de pulso de laser ultracurto equivalente a zettawatt”.
Vyacheslav Lukin, diretor da Divisão de Física da NSF, destaca possíveis aplicações futuras, como métodos avançados de imagem para tecidos moles e aprimoramento de tratamentos contra o câncer. Para ele, as capacidades únicas do ZEUS podem impulsionar inovação e crescimento econômico.
A instalação ocupa uma área semelhante a um ginásio escolar. Em um canto, um laser gera o pulso infravermelho inicial, esticado por grades de difração para evitar danos ao ar enquanto recebe energia de lasers de bombeamento. Depois, o pulso passa por câmaras de vácuo e é comprimido até atingir apenas 8 mícrons de espessura. Focalizado a 0,8 mícron, alcança intensidade máxima, capaz de transformar ar em plasma.
Para o pesquisador John Nees, o ZEUS oferece agilidade inédita comparada a instalações de grande porte, atraindo novas ideias de uma comunidade científica mais ampla. Com sua potência inédita, o laser coloca os Estados Unidos novamente em posição de destaque na pesquisa de alta intensidade.
