Raios X com 300 eV: hélio ultrapassa limite de 130 eV e abre nova via para estudar elétrons

Cientistas produziram raios X com energia acima do limite que a teoria convencional considerava intransponível para esse processo. O resultado foi publicado em 7 de agosto de 2026 na revista Nature Photonics, por pesquisadores da TU Wien, na Áustria, e da Universidade da Califórnia em San Diego, nos Estados Unidos.

O ganho veio do hélio, o único átomo em que o fenômeno apareceu nos testes. Argônio e neônio, usados como comparação, não ultrapassaram o limite nas condições do experimento.

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Como a teoria fixava o teto da energia

Desde os anos 1990, a produção de raios X por harmônicos de alta ordem segue um modelo com um único elétron. O laser arranca o elétron do átomo, acelera-o com o próprio campo elétrico e o devolve contra o átomo. Na volta, parte da energia acumulada sai como luz de frequência mais alta. Pelo modelo, existe um limite: acima dele, quase nenhum raio X é emitido.

Como dois elétrons ultrapassaram o limite

O hélio tem dois elétrons, e o laser ultravioleta pode removê-los um após o outro. Mesmo separados no tempo, os dois permanecem correlacionados pela mecânica quântica, do momento em que saem do átomo até o instante em que retornam. Os pesquisadores ajustaram os pulsos para que ambos voltassem ao mesmo íon ao mesmo tempo. Nessa coincidência, a energia combinada é liberada de uma vez, em um único fóton de raio X com frequência superior à prevista pelo modelo tradicional. Segundo Dimitar Popmintchev, pesquisador da TU Wien, a emissão simultânea produz fótons mais energéticos porque envolve dois elétrons, e não apenas um.

Os pulsos usados tinham comprimento de onda de 400 nanômetros, duração de cerca de 28 femtossegundos e energia de até 2,8 milijoules, com repetição de mil pulsos por segundo. Eles atravessaram um guia de onda de núcleo oco preenchido por gás de hélio.

O que o espectro registrou

A referência é a energia ponderomotiva, a energia que o elétron ganha ao oscilar no campo do laser. Os dados do experimento mostram:

• Limite convencional de cerca de 130 eV, faixa que o modelo de um elétron permite.
• Segundo platô, de intensidade menor, que se estende até 300 eV.
• Novo corte de até 5,5 vezes a energia ponderomotiva, contra 3,2 vezes prevista pela teoria convencional.
• Platô observado com intensidade do laser acima de 2 × 10^15 W/cm².

O sinal continua fraco porque pares de elétrons correlacionados são raros e precisam cumprir condições rigorosas de tempo. A descoberta mostra que o modelo de um único elétron não descreve bem todas as interações quânticas nesse processo.

Para que servem esses raios X de dois elétrons?

Os pesquisadores propõem usar essa radiação como ferramenta espectroscópica para estudar correlações entre elétrons em escalas de attossegundos, equivalentes a um bilionésimo de bilionésimo de segundo. A análise da energia, do espectro e da polarização da luz poderia revelar como as partículas se comportam em sistemas quânticos. A equipe também considera aplicar o princípio a moléculas e sólidos com fortes interações entre elétrons. Segundo os autores, os resultados podem contribuir no futuro para pesquisas em computação quântica e no desenvolvimento de nanomateriais, mas essas aplicações ainda dependem de novas investigações.