Relâmpago globular criado em laboratório pode ajudar a resolver mistério centenário
Experimento em laboratório criou uma esfera de plasma estável, uma pista para entender os relâmpagos globulares, fenômeno raro e pouco estudado.
Quem imagina um relâmpago pensa em um traço luminoso e irregular que corta o céu e desaparece em um piscar de olhos. Existe, porém, um fenômeno bem mais raro: o relâmpago globular, uma esfera de luz que flutua perto do chão e some com um estalo, como uma bolha de sabão. Há séculos esses relatos aparecem em registros e testemunhos, mas o fenômeno é tão fugaz que quase não pode ser estudado.
As descrições variam muito em tamanho, cor e comportamento, o que torna o relâmpago globular um dos mistérios mais curiosos da física atmosférica. Diante da dificuldade de captá-lo em campo, o físico Chuliang Zhou e colegas da Academia Chinesa de Ciências decidiram tentar reproduzi-lo em laboratório.
A proposta foi criar um sóliton, uma onda isolada que mantém a forma graças a um equilíbrio delicado de forças. Sólitons podem surgir em plasma, na água e na luz. Algumas teorias sugerem que o relâmpago globular seja um tipo de sóliton eletromagnético, com energia presa em uma casca de plasma.
Para testar essa possibilidade, os pesquisadores usaram uma agulha de tungstênio com a ponta de apenas 100 nanômetros. Para comparação, um fio de cabelo humano tem entre 80 mil e 100 mil nanômetros de espessura.
Um pulso de laser ultracurto foi disparado contra a agulha, gerando uma onda eletromagnética que viajou ao longo dela. Na ponta, a energia se concentrou em um campo elétrico muito intenso, que arrancou elétrons de átomos de argônio em uma nuvem de gás e formou uma bolha superaquecida de plasma.
A esfera nasceu com cerca de 80 micrômetros e se expandiu para várias centenas de micrômetros em 100 nanossegundos. Parece pouco tempo, mas é muito mais longo que a duração do pulso que a originou. Em vez de se dissipar como uma nuvem comum de plasma quente, a esfera manteve sua estrutura durante a expansão.
Ao analisar a luz emitida enquanto esfriava e comparar as observações com modelos teóricos e simulações computacionais, a equipe constatou que a expansão coincidia com as previsões para um sóliton eletromagnético. Segundo os pesquisadores, isso indica que energia eletromagnética ficou presa no plasma, ajudando a manter a esfera brilhante. Já as simulações de um plasma comum mostraram uma expansão bem mais rápida e difusa.
O experimento, porém, produziu um ponto minúsculo de luz, muito distante das condições da atmosfera onde esses fenômenos são relatados. Por isso, a equipe usou seus modelos para estimar o comportamento em escalas maiores, com radiação de menor frequência. Segundo os cálculos, sólitons movidos por micro-ondas poderiam crescer até alguns metros e persistir por segundos, algo mais próximo de testemunhos conhecidos.
Os próprios autores reconhecem que o trabalho não encerra a questão. Ainda assim, a capacidade de prender energia eletromagnética em uma estrutura estável pode abrir caminhos para tecnologias de armazenamento de energia e para o estudo da interação entre luz e matéria em condições extremas. O estudo foi publicado na revista Nature Photonics.
