Energia

Luz faz curvas sem truques e sem manipulações

Luz faz curvas sem truques e sem manipulações
A luz pode fazer curvas sozinha, apenas ajustando as ondas na sua origem, sem precisar de espelhos, lentes ou metamateriais. [Imagem: Kaminer et al./D. N. Christodoulides]

Luz que faz curvas

Cientistas já conseguiram fazer a luz passear por caminhos complexos e até forçar a luz a fazer retornos completos em forma de U.

Nesses casos, porém, eles sempre usaram materiais artificiais, ou metamateriais, para guiar as ondas de luz.

Agora, cientistas demonstraram pela primeira vez que a luz sozinha, sem nenhuma interferência externa, pode fazer curvas suaves e precisas.

E, ao contrário das guinadas radicais que a difração força na luz, por exemplo, quando ela passa do ar para a água em um copo, fazendo as colheres parecerem quebradas, estas curvas suaves e precisas podem se dar mesmo no vácuo.

A ideia não é exatamente nova: nos anos 1970, Michael Berry e Nandor Balazs descobriram uma onda que descreve como as partículas se movem, que pode se curvar "ligeiramente", de forma quase imperceptível.

Mas isso era só o começo e, agora, descobriu-se a luz pode até mesmo fazer círculos completos.

Com fazer a luz fazer curvas

Mas como fazer a luz sair de sua tradicional rota em linha reta?

É preciso lembrar que a luz é um aglomerado de ondas, e os picos e vales de cada onda interferem uns com os outros.

Por exemplo, se o pico de uma onda encontra-se precisamente com o vale de outra, elas cancelam-se mutuamente, e da luz surge a escuridão - é a interferência destrutiva. Já um pico que encontra outro pico cria um ponto mais brilhante - as duas ondas interferem-se construtivamente, como dizem os cientistas.

Usando um feixe grosso de luz - um feixe de laser expandido por filtros e lentes, por exemplo - é possível controlar a posição inicial dos picos de cada onda.

Fazendo com que as ondas que estejam viajando para fora do feixe interfiram construtivamente apenas nos pontos sobre uma curva, e cancelando-se em todos os demais pontos, é possível fazer o feixe resultante fazer uma curva suave.

Mas uma curva muito discreta, de não mais do que 8°.

Luz faz curvas sem truques e sem manipulações
O modulador óptico espacial permite ajustar a fase de um feixe ampliado de laser com muito mais precisão, gerando curvas de até 60 graus. [Imagem: Frohely et al./Optics Express]

Modulador óptico espacial

Uma guinada realmente radical na luz só veio agora, com o trabalho Luc Froehly e sua equipe da Universidade Franche-Comté, na França.

Eles construíram um equipamento, chamado modulador óptico espacial, que lhes permitiu ajustar a fase de um feixe ampliado de laser com muito mais precisão.

Indo além de todos os cálculos teóricos, eles chegaram a um resultado impressionante: a luz curvou-se sozinha em até 60°.

Primeiro a prática, depois a teoria

Coincidentemente, apenas um mês depois, Ido Kaminer e seus colegas teóricos resolveram mexer com as equações de Maxwell, elaboradas há mais de 150 anos, e descobriram soluções que mostram que as ondas de luz podem na verdade se curvar em qualquer ângulo.

Segundo seus cálculos, a luz pode até mesmo fazer um círculo completo, sem qualquer interferência externa.

Os cálculos de Kaminer batem exatamente com os experimentos e com as soluções de manipulação das ondas que Froehly realizou em seu laboratório.

Com muita razão, a equipe francesa está ainda mais entusiasmada agora: eles já começaram a trabalhar em seu modulador óptico espacial para fazê-lo demonstrar na prática o restante da teoria e, quem sabe, descobrir formas de fazer a luz sair fazendo curvas à vontade, ou mesmo andar em círculos.

Aplicações da luz curva

As aplicações da descoberta são muitas: além de lanternas com um botão que lhe permitirão iluminar a si próprio, sabe-se lá para quê, é possível pensar em processadores fotônicos que, ao contrário dos chips atuais de silício e conexões de cobre, não precisarão trocar dados apenas por caminhos diretos e retos.

Os biochips, que frequentemente usam luz para lidar com biomoléculas, não mais precisarão depender de minúsculos espelhos em seu interior.

E poderá ser dar um novo impulso ao campo das pinças ópticas, a manipulação de objetos com luz, muito usada em biologia e em vários campos das nanociências.

E os raios laser, largamente usados na indústria para fazer cortes e furos, poderão fazer furos curvos no interior de um material.

Bibliografia:

Arbitrary accelerating micron-scale caustic beams in two and three dimensions
L. Froehly, F. Courvoisier, A. Mathis, M. Jacquot, L. Furfaro, R. Giust, P. A. Lacourt, J. M. Dudley
Optics Express
Vol.: 19, Issue 17, pp. 16455-16465
DOI: 10.1364/OE.19.016455

Nondiffracting Accelerating Wave Packets of Maxwell’s Equations
Ido Kaminer, Rivka Bekenstein, Jonathan Nemirovsky, Mordechai Segev
Physical Review Letters
Vol.: 108, 163901
DOI: 10.1103/Physics.5.44




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