Materiais Avançados

Meta-átomos fazem luz viajar em velocidade infinita

Meta-átomos comprimem luz e fazem-na viajar em velocidade infinita
O experimento, com grande potencial tecnológico, não viola a teoria da relatividade porque a luz tem duas velocidades. [Imagem: Sun et al./PRB]

Luz com velocidade infinita

Em um processo que está sendo comparado a fazer um camelo passar pelo buraco de uma agulha, pesquisadores da Universidade de Ciência e Tecnologia do Missouri, nos Estados Unidos, fabricaram átomos artificiais capazes de canalizar a luz através canais extremamente estreitos.

A pesquisa é a mais recente de uma série de descobertas recentes relacionadas com a forma como a luz e a matéria interagem em escala atômica.

Contudo, esta é a primeira a demonstrar que o material pode transmitir a luz de uma grande largura de banda - múltiplas cores - e a uma velocidade que se aproxima do infinito - mas, mais importante, tudo de maneira prática.

Segundo os pesquisadores, a capacidade de banda larga dos meta-átomos poderá levar a avanços em dispositivos ópticos, que contam atualmente com uma única frequência - uma única cor - para transmitir a luz.

"Esses meta-átomos podem ser integrados como blocos de construção para componentes ópticos convencionais com propriedades eletromagnéticas exóticas, funcionais em uma ampla faixa de frequências", escreveu o grupo.

Meta-átomos

O feito foi possível graças à criação de um átomo artificial - um "meta-átomo" -, um material com 100 nanômetros de largura e 25 nanômetros de altura que combina ouro e óxido de silício em uma estrutura em forma de escada.

Segundo os pesquisadores, os meta-átomos "comprimem" a luz, gerando um resultado prático que equivale a ter a luz viajando "infinitamente rápido".

Materiais comuns, como o vidro, tipicamente comprimem as ondas de luz, gerando a difração. Os meta-átomos esticam a luz.

Conforme a luz passa através dos meta-átomos artificiais, a sua permissividade efetiva atinge uma relação próxima de zero. Em outras palavras, ao passar por estes materiais artificiais, "a luz viaja mais rápido do que a velocidade da luz", garantem os pesquisadores.

Outros cientistas já demonstraram que superar a velocidade da luz é matematicamente possível, além do que vários experimentos têm "ludibriado" a física para criar pulsos superluminais.

Contudo, isso não viola a teoria da relatividade porque a luz tem duas velocidades: A "velocidade de fase" descreve a rapidez com que as ondas de um determinado comprimento de onda se movem, enquanto a "velocidade de grupo" descreve a velocidade com que a luz transporta energia - ou informação.

Nesta área emergente de pesquisas, os pesquisadores trabalham com a velocidade de fase, enquanto a velocidade de grupo continua obedecendo o limite universal de velocidade.

"O projeto é prático e realista, com potencial para fabricar meta-átomos reais. Com esta pesquisa, preenchemos a lacuna entre o teórico e o prático," conclui o grupo.

Bibliografia:

Broadband epsilon-near-zero metamaterials with steplike metal-dielectric multilayer structures
Lei Sun, Jie Gao, Xiaodong Yang
Physical Review B
Vol.: 2013; 87 (16)
DOI: 10.1103/PhysRevB.87.165134




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