Cientistas do Institute of Science and Technology Austria desenvolveram uma técnica usando feixes de laser intersectados para capturar e carregar partículas individuais de aerossol, observando suas mudanças elétricas em tempo real. Este método, detalhado em Physical Review Letters, imita processos dentro de nuvens de tempestade e pode desvendar como o raio inicia. As partículas brilhantes revelam perda de elétrons e explosões súbitas de carga por meio de um processo de dois fótons.
Pesquisadores liderados pela aluna de doutorado Andrea Stöllner e pelo Professor Assistente Scott Waitukaitis na ISTA criaram uma configuração de pinças ópticas com dois feixes de laser alinhados com precisão. Esses feixes convergem para segurar uma única esfera de sílica transparente, um modelo para cristais de gelo de nuvens, em uma armadilha estável dentro de um recipiente selado. O sistema, construído em quase quatro anos, agora mantém partículas por semanas, uma melhoria vasta em relação às capturas iniciais de três minutos há dois anos.
Os lasers carregam as partículas inicialmente neutras via processo de dois fótons, onde a absorção simultânea de dois fótons ejeta um elétron, conferindo carga positiva. À medida que a exposição continua, o brilho da partícula indica carregamento progressivo, permitindo controle preciso ajustando a potência do laser. Stöllner observou: 'Agora podemos observar precisamente a evolução de uma partícula de aerossol enquanto ela se carrega de neutra para altamente carregada e ajustar a potência do laser para controlar a taxa'.
Inesperadamente, partículas altamente carregadas liberam carga em rajadas súbitas, sugerindo descargas espontâneas semelhantes às em nuvens de trovão. Tempestades apresentam cristais de gelo colidindo que trocam cargas, levando a desequilíbrio elétrico e raios. Teorias atuais debatem se cristais de gelo ou raios cósmicos fornecem a faísca inicial, mas campos elétricos das nuvens parecem insuficientes sozinhos. Stöllner explicou: 'Nossa nova configuração permite explorar a teoria dos cristais de gelo examinando de perto a dinâmica de carregamento de uma partícula ao longo do tempo'.
Embora partículas de laboratório sejam menores que cristais de gelo naturais, a equipe espera que essas observações iluminem a eletrificação atmosférica em maior escala. Stöllner recordou seu primeiro sucesso: 'A primeira vez que capturei uma partícula, eu estava nas nuvens'. A mesa anti-vibração garante precisão, protegendo os feixes de laser verdes de perturbações.
Este trabalho, coautorado com Isaac Lenton e outros, aparece em Physical Review Letters (2025; 135 (21)). Avança o entendimento do papel das partículas de nuvens em tempo severo.