Um Clarão De Luz Em Franklin Park - Charles Townes E A Invenção Do Laser

Universidade de Pernambuco – UPE/ Campus Garanhuns

Curso de Licenciatura em Ciências Biológicas

Um Clarão de Luz em Franklin Park – Charles Townes e a Invenção do Laser

Ana Paula Souza de Lima

Andrrey Pamela Pereira Pontes

Cassia Elaine Alves Santos

Gisele Nayala Bezerra da Silva

Heloisa Barbosa de Vasconcelos

Layze Valentim de Melo

Tarcio John Barra Nova Silva

Wiliany Soares de Barros

Garanhuns – PE

2012

Charles Townes e a Invenção do Laser

1916 – Albert Einstein na área da física quântica.

- Mostrou teoricamente que átomos estimulados pela radiação poderiam emitir e absorver radiação.

- Charles Townes 1954 – criou o primeiro aparelho (maser de amônia). (Amplificação magnética por emissão estimulada da radiação) que seria precursor do laser.

- 1960 Theodore Maiman – Físico americano que construiu o primeiro laser prático e inovou o maser.

Utilidades do laser

Hoje: Medicina cirúrgica, oftalmológica, neurocirúrgica, dermatológica, estética.

Na indústria: cortar metais, medir distancia.

Comercial: fibra óptica, leitores de código de barras nas lojas, leitores de CD, DVD, etc.

Dois cientistas Britânicos, Henry Boot e John Randall, haviam desenvolvido um aparelho conhecido como magnétron de cavidade ressonante, que era capaz de gerar pulsos de rádio de alta frequência com uma grande potência, preparando o terreno para o desenvolvimento do radar de micro-ondas. Os sistemas de radares transmitem sinais de radio em comprimentos de ondas específicos. Quando estes sinais atingem objetos sólidos, como um navio de guerra ou um avião, os sinais que se refletem de volta ao sistema de radar podem ser correlacionados para identificar o objeto e sua posição. Quanto menores as ondas, melhores as informações recebidas.

Os radares de navegação dos sistemas de bombeamento, com os quais Townes trabalhava, usavam comprimento de ondas de inicialmente 10cm e depois de 3cm, mas os militares queriam reduzir ainda mais o comprimento das ondas para 1,25cm, o que permitiria que o radar localizasse o alvo com maior precisão e teria a vantagem adicional de requerer antenas nos aviões.

O vapor de água na atmosfera poderia impedir que o radar funcionasse de forma eficaz. Não obstante, Townes e sua equipe construíram o radar e fizeram a tentativa. “O sistema podia ‘ver’ no máximo alguns quilômetros”, disse Townes.

Conseguiu convencer seu empregador a lhe permitir a liberdade de trabalhar com a interação de microondas e moléculas, por causa da importância das microondas para as comunicações.

Na Columbia, Townes concentrou seus esforços em espectroscopia de microondas, tentando achar uma solução ao problema que se revelou tão exasperante nos Laboratórios Bell: como conseguir ondas mais curtas. Procurava um equipamento que pudesse gerar microondas em maior intensidade: quanto mais curta a onda, mais forte ela é. Nenhuma de suas tentativas foi bem sucedida; sem se intimidar, em 1951, Townes teve a ideia de produzir esta energia não por meio de circuitos eletrônicos, mais pela manipulação das próprias moléculas.

Townes imediatamente pensou na molécula da amônia, que é um absorvente muito forte e interage do modo intenso com os comprimentos da onda. Ele pressupôs que seria capaz de “estimular” as moléculas de amônia, bombeando energia nelas por meio do calor ou da eletricidade e depois as expondo a um raio fraco de microondas. As moléculas estimuladas desta maneira seriam então impelidas a emitir sua própria energia em microondas, que iriam bombear outras moléculas, fazendo com que elas cedessem energia.

Entre seus colegas na Columbia, sua ideia não despertou quase nenhum interesse, a liberdade de trabalhar com seus alunos de doutoramento. “pudemos realizar nosso trabalho pacificamente, no estilo de estudantes de doutoramento, durante três anos, e finalmente tivemos sucesso.” As pessoas entravam em seu laboratório para observar o andamento do trabalho. Todas concordavam que era uma ideia muito boa e depois se retiravam. “elas consideravam que o esforço não valia a pena”, disse ele. “mas eu pensava ver ali algumas possibilidades.”

Em dezembro de 1953, a equipe de Townes conseguiu construir um equipamento que produzia microondas fortes em qualquer direção. Denominaram o processo de amplificação de microondas por meio da emissão estimulada de radiação, que se tornou conhecido popularmente como maser. O maser rapidamente encontrou muitas aplicações, por sua capacidade de enviar fortes microondas em qualquer direção.

Desde o inicio, o maser foi um grande sucesso, resultando em melhorias nos radares e na amplificação nos sinais de radio.

Apesar do sucesso do maser, Townes ainda não se dava por satisfeito. Se o maser podia produzir amplificação de microondas, pensava ele, porque um instrumento semelhante não podia fazer o mesmo com feixes de luz?

Ao tentar resolver a questão, procurou a ajuda de outro físico que compartilhava o fascínio de Townes com a espectroscopia de microondas: Arthur Schawlow. Schawlow e Townes se encontraram pela primeira vez em 1949, na Columbia. Em 1950, Townes havia casado com a irmã de Schawlow.

Concluindo que seria de fato possível usar o mesmo processo utilizado com o maser, “mas levando-o cada vez mais diante, ate chegar às ondas de luz”.

As ondas de luz também eram diferentes das microondas porque, para começar, eram muito mais curtas: cerca de vinte milésimos de uma polegada. Em comparação, as microondas têm cerca de um centésimo de uma polegada, ou um milímetro de comprimento.

Em poucas palavras, um laser é um aparelho que cria e amplifica um feixe estreito e intenso de luz coerente. O que Townes e Schawlow queriam fazer era criar um aparelho que gerasse uma luz coerente, que fosse sincronizada em uma frequência única e que viajasse