Energia

Foco voador faz laser saltar 50 vezes mais rápido que a luz

Um laser de pulso trinado (laser com cores organizadas no tempo) atinge uma lente difrativa (uma lente que distribui as cores ao longo de seu eixo) gerando um foco voador, que é então capturado por um filme ultrarrápido.[Imagem: Eugene Kawaluk/University of Rochester]

Foco de laser mais rápido que a luz

É certo que ninguém ousa desafiar a ideia estabelecida por Einstein de que nada pode superar a velocidade da luz.

Mas é possível usar alguns truques interessantes para vencer grande parte das limitações. Foi usando truques assim que os físicos criaram pulsos superluminais, fizeram a luz viajar com velocidade infinita e emitiram fótons que superam a velocidade máxima da luz.

Agora, uma equipe da Universidade de Rochester, nos EUA, conseguiu fazer com que o ponto focal de um laser mova-se mais rápido do que a velocidade da luz. Na verdade, o ponto de luz extremamente brilhante pode viajar em qualquer velocidade - incluindo mais rápido do que a luz.

A técnica, batizada de "foco voador", permite mover um ponto focal intenso de laser a longas distâncias, o que permitiu, por exemplo, capturar alguns dos filmes mais rápidos já gravados.

Foco acima da velocidade da luz

Se a técnica parece um tanto estranha, imagine os dois focos do laser como sendo duas lâmpadas piscando alternadamente: A luz continua a viajar respeitando seu limite de velocidade, mas a velocidade com que as duas lâmpadas se alternam não precisa respeitar esse limite.

Por outras razões, também é possível transmitir informações acima da velocidade da luz. De fato, a ação fantasmagórica à distância é pelo menos 10.000 vezes mais rápida que a luz.


O que se move mais rápido que a luz não é a própria luz do laser, mas o seu foco, de altíssima intensidade. [Imagem: Dustin Froula et al. (2018)]

Foco voador

Um "foco voador" combina uma lente que foca cores específicas da luz em diferentes locais, tirando proveito da tecnologia que levou o Nobel de Física deste ano, chamada CPA (chirped-pulse amplification - amplificação de pulso com chilreio ou trinado), que organiza as cores da luz no tempo. Ou seja, o foco voador organiza a luz no tempo e no espaço.

Imagine um laser produzindo um arco-íris de cores constantemente variável, começando no azul e indo até o vermelho e então recomeçando. Agora concentre a luz com uma lente que foca a luz vermelha perto da lente e a luz azul muito mais longe da lente. Devido ao intervalo de tempo entre as cores, o ponto focal de alta intensidade se move no espaço. Alterando o intervalo de tempo que separa as diferentes cores, esse ponto pode ser movido a qualquer velocidade.

"O foco voador acaba sendo super poderoso," disse o professor Dustin Froula. "Isso nos permite gerar altas intensidades a centenas de vezes a distância que podíamos alcançar antes e em qualquer velocidade. Agora estamos tentando fazer com que a próxima geração de lasers de alta potência e foco em tempo de voo seja baseada nesta tecnologia promissora."

A equipe demonstrou a técnica com um experimento capaz de medir a propagação do ponto focal do laser a até 50 vezes a velocidade da luz. "Isso exigiu um novo diagnóstico que pode fazer um filme com os quadros separados por um trilionésimo de segundo," disse Froula.

Além de ajudar a inaugurar a próxima geração de lasers de alta potência, esta técnica tem o potencial de produzir novas fontes de luz, como aquelas que geram luz de praticamente qualquer cor.

Bibliografia:

Flying Focus: Spatiotemporal control of intensity for laser applications
Dustin Froula, Dustin H. Froula, D. Turnbull, A. Davies, T. J. Kessler, D. Haberberger, S.-W. Bahk, I. A. Begishev, R. Boni, S. Bucht, J. Katz, J. L. Shaw, J. Palastro
Proceedings of the 60th Annual Meeting of the APS Division of Plasma Physics




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