Energia

Velocidade da luz é alterada por campo eletromagnético

Campo eletromagnético altera velocidade da luz
A cavidade óptica usada no experimento é um dispositivo no qual determinados raios de luz permanecem confinados por meio de espelhos, nos quais eles ficam refletindo continuamente. [Imagem: Cécile Robilliard / CNRS]

Óptica e física básica

A luz não viaja na mesma velocidade em todas as direções quando ela está sob o efeito de um campo eletromagnético.

Embora tenha sido previsto pela teoria, esse efeito contra-intuitivo foi agora demonstrado experimentalmente pela primeira vez por uma equipe da Universidade Paul Sabatier e do Centro Nacional de Pesquisas Científicas (CNRS), da França.

Os pesquisadores mediram, com uma precisão extrema - de cerca de um bilionésimo de metro por segundo - a diferença entre as velocidades de propagação da luz em uma direção e na direção oposta.

A diferença encontrada abre caminho para pesquisas mais aprofundadas com o objetivo de melhorar o modelo que descreve as interações das partículas elementares, o chamado Modelo Padrão da Física.

Os resultados também apontam para novas aplicações em óptica.

Velocidade da luz

No vácuo absoluto, a luz viaja a uma velocidade constante de 299.792.458 m/s - para facilitar, esse número normalmente é arredondado para 300 mil km/s.

Parece natural que ela se propagasse na mesma velocidade em todas as direções.

No entanto, existem situações em que essa propriedade não é válida, principalmente quando a luz está viajando sob o efeito de um campo elétrico ou de um campo magnético.

Esses casos foram inicialmente previstos pela teoria no final dos anos 1970, e deveriam ser observados mesmo em um vácuo. No entanto, essas variações muito pequenas são difíceis de confirmar experimentalmente.

O progresso tecnológico tornou possível a detecção desses efeitos em um gás, o nitrogênio no caso do experimento agora realizado.

Campo eletromagnético altera velocidade da luz
Esquema descritivo do experimento que mediu variações na velocidade da luz sob a ação de um campo eletromagnético. [Imagem: Pelle et al./PRL]

Cavidade óptica

Para observar a variação da velocidade da luz, os pesquisadores projetaram uma cavidade óptica na qual os feixes de luz passam através de um dispositivo composto por ímãs e eletrodos, o que torna possível a geração de intensos campos elétricos e magnéticos - o campo magnético aplicado é 20.000 vezes maior do que a da Terra.

Uma cavidade óptica é um dispositivo no qual determinados raios de luz permanecem confinados por meio de espelhos, nos quais esses raios ficam refletindo continuamente.

Dessa forma, os pesquisadores conseguiram demonstrar experimentalmente que a luz não viaja na mesma velocidade em direções opostas em um gás sobre o qual está atuando um campo eletromagnético.

A diferença medida na velocidade da luz é de cerca de um bilionésimo de metro por segundo (m/s), ou seja, 10-9 m/s, o que equivale a 10-18 vezes a velocidade da luz.

Esta diferença infinitesimal, prevista pela teoria, é causada pelos campos magnéticos e elétricos.

Implicações teóricas e práticas

Os resultados abrem caminho para diversas novas pesquisas.

Em primeiro lugar, eles permitirão um refinamento das medições da anisotropia da propagação da luz. Aumentando a sensibilidade do dispositivo de medição, os pesquisadores poderão, no futuro, observar minúsculas falhas da invariância de Lorentz, que é uma simetria fundamental expressa como parte da Teoria da Relatividade.

Isso tornaria possível testar algumas propostas teóricas para melhorar o Modelo Padrão, um modelo que hoje descreve todas as interações entre as partículas elementares.

Em segundo lugar, essa anisotropia direcional, governada por um campo eletromagnético, pode gerar novas aplicações em óptica, tais como componentes cujo comportamento será diferente dependendo da direção, tudo controlado por um campo magnético externo.

Manipulando a velocidade da luz

Ao longo dos últimos anos, várias pesquisas têm feito descobertas sobre a velocidade da luz e sobre as possibilidades de manipulação dessa velocidade:

Aumentando a velocidade da luz

Diminuindo a velocidade da luz

Mexidas mais exóticas com a velocidade da luz

Bibliografia:

Magnetoelectric directional nonreciprocity in molecular nitrogen gas. B. Pelle,
Bruno Pelle, Hugo Bitard, Gilles Bailly, Cécile Robilliard
Physical Review Letters
11 May 2011
Vol.: 106, 193003 (2011)
DOI: 10.1103/PhysRevLett.106.193003




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