Eletrônica

Partículas superluminais podem viajar mais rápido do que a velocidade da luz

Partículas superluminais podem viajar mais rápido do que a velocidade da luz
[Imagem: Govyadinov and Markel]

Cientistas da Universidade de Pensilvânia, nos Estados Unidos teorizaram uma forma de aumentar a velocidade de pulsos de luz que ricocheteiam ao longo de cadeias de minúsculas partículas metálicas bem acima da velocidade da luz por meio da alteração do formato das partículas.

Computação óptica

Aplicações baseadas nesta teoria poderão utilizar cadeias metálicas em nanoescala como blocos básicos para a construção de novos dispositivos ópticos e optoeletrônicos, que poderão operar em freqüências mais altas dos que os circuitos eletrônicos convencionais.

Esses dispositivos poderão eventualmente ter aplicações na promissora área da computação óptica de alta velocidade, nos quais os prótons e os fótons substituem os elétrons para que se alcance um maior desempenho.

Cadeias de nanopartículas metálicas

Avanços recentes na nanotecnologia têm permitido aos pesquisadores fabricarem cadeias de nanopartículas com grande precisão. A equipe de pesquisadores tirou vantagem desse avanço tecnológico utilizando nanopartículas metálicas como uma cadeia de guias de onda em miniatura que manipulam a luz.

Até o momento o avanço é teórico. Mas, de um ponto de vista prático, a criação de uma nanocadeia metálica poderá permitir a associação de componentes ópticos de pequeno diâmetro acoplados com grande largura de banda, tornando-os materiais ótimos para funcionarem como guias de onda.

À medida que a velocidade dos pulsos de luz aumenta, o mesmo acontece com a largura de banda de operação de um guia de onda. Aumentar a largura de banda ajuda a aumentar a quantidade de canais de informações, permitindo que mais informações fluam simultaneamente através do guia de ondas.

Alterando o formato das nanopartículas

Os pesquisadores estudaram a alteração do formato das partículas em uma tentativa de aumentar essa largura de banda. Nanopartículas de formato esférico, o formato quase exclusivamente utilizado nas pesquisas anteriores, oferecem larguras de banda estreitas de luz.

Como Alexander Govyadinov e Vadim Markel descobriram, dando às partículas um formato prolato - alongado como um cigarro - ou oblato - parecido com um prato, - os esferóides aumentaram as velocidades dos pulsos de plasmons refletindo-se da superfície para até 2,5 vezes a velocidade da luz no vácuo.

Desta forma, o redesenho das nanopartículas resultou em um aumento enorme na largura de banda operacional do guia de ondas. Como bônus adicional, a construção das cadeias com esferóides oblatos resultou também em uma menor perda de potência.

A excepcional combinação de pequenas dimensões, grande largura de banda e perdas relativamente baixas poderá tornar esse aparato útil como elemento básico para a construção dos dispositivos à base de luz do futuro.

Plasmons de superfície

Pesquisadores têm utilizado luz e metais para criar ondas eletromagnéticas especiais sobre superfícies, chamados plasmons, há anos. Da mesma forma que a luz viaja ao longo das fibras ópticas, os plasmons de superfície se propagam ao longo de uma cadeia de partículas metálicas próximas umas às outras, com cada partícula agindo como um farol em miniatura, recebendo um sinal de seu vizinho e transmitindo-o adiante ao longo da cadeia.

Embora cadeias de partículas metálicas são sejam práticas para comunicações de longa distância, devido à rápida perda de potência, elas são bastante adequadas para dispositivos ópticos e optoeletrônicos nos quais alcançar um tamanho total pequeno é importante.

A teoria de Markel e Govyadinov poderá se mostrar útil na superação dos obstáculos de tamanho que complicam a óptica. A luz não pode viajar ao longo de uma fibra óptica se o diâmetro da fibra for menor do que um micrômetro. Uma cadeia de partículas como a proposta por eles, entretanto, poderá ter apenas 50 nanômetros de diâmetro, algumas centenas de vezes mais fina do que qualquer fibra óptica, e ainda guiar as ondas de plasmons de superfície.

Desafiando a Teoria da Relatividade?

O trabalho levanta um enigma interessante. A Teoria da Relatividade proíbe qualquer coisa de se mover mais rápido do que a luz.

"Mas o que é uma 'coisa'?", pergunta Markel. "Uma lanterna muito poderosa dirigida para a Lua poderá teoricamente criar um ponto brilhante em sua superfície. O simples ato de balançar a lanterna para os lados fará que o feixe de luz da lanterna cruze o céu a velocidades que superam em muito a velocidade da luz. Esta evidência é conhecida há muito tempo e ignorada, já que o ponto brilhante não pode ser utilizado para comunicação superluminal, ou mais rápido do que a luz, entre a Terra e a Lua. O movimento rápido do ponto brilhante é simplesmente uma artimanha geométrica, similar, de certa forma, com o ponto no qual as duas lâminas de uma tesoura se cruzam. A Teoria da Relatividade não se preocupa com esses objetos puramente geométricos."

Objetos superluminais

Os pesquisadores acreditam que existam, de fato, algumas "coisas" superluminais na natureza. Por exemplo, foi teorizado há muito tempo, e foi demonstrado em uma série de experimentos no último quarto do século XX, que os pulsos eletromagnéticos, ou "pacotes de onda," podem se propagar ao longo de um meio material com uma velocidade total que é maior do que a velocidade da luz no vácuo.

Embora os pacotes de onda superluminais não possam ser utilizados para transmitir energia ou informações mais rápido do que a velocidade da luz, e então não contrariem a Teoria da Relatividade, eles são objetos fascinantes e podem ser utilizados em comunicações ópticas.

Os pulsos de plasmons de superfície descobertos na Universidade da Pensilvânia pertencem à mesma classe de pacotes de onda superluminais. É previsto que as propriedades superluminais desses pulsos são muito mais marcantes do que qualquer outra coisa que tenha sido observada anteriormente.

Bibliografia:

From slow to superluminal propagation: Dispersive properties of surface plasmon polaritons...
Alexander A. Govyadinov, Vadim A. Markel
Physical Review B
Vol.: 78, 035403
DOI: 10.1103/PhysRevB.78.035403




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