Novo tipo de laser desobedece leis da física

Redação do Site Inovação Tecnológica - 10/08/2020

A demonstração lembra outro feito recente, quando um "foco voador" fez o laser saltar 50 vezes mais rápido que a luz comum.
[Imagem: Eugene Kawaluk/University of Rochester]

Pacotes de ondas do espaço-tempo

Pesquisadores desenvolveram um novo tipo de feixe de laser que não segue os princípios longamente aceitos sobre como a luz se propaga e refrata quando atinge objetos.

Isso pode ter implicações enormes para as tecnologias de comunicação óptica e para as aplicações do laser em geral.

Os novos feixes de laser, batizados de "pacotes de ondas do espaço-tempo", seguem regras diferentes quando refratam, ou seja, quando passam por diferentes materiais.

Normalmente, a luz fica mais lenta quando sai de um meio para um outro meio mais denso - como quando ela sai do ar e entra em um vidro, por exemplo.

"Em contraste, os pacotes de ondas do espaço-tempo podem ser arranjados para se comportar da maneira usual, ou para não mudar sua velocidade de forma alguma, ou mesmo para acelerar anormalmente em materiais mais densos. Dessa forma, esses pulsos de luz podem chegar a diferentes pontos no espaço ao mesmo tempo.

"Pense em como uma colher dentro de um copo cheio de água parece quebrada no ponto em que a água e o ar se encontram. A velocidade da luz no ar é diferente da velocidade da luz na água. Com isso, os raios de luz acabam se curvando após cruzarem a superfície entre o ar e a água e, portanto, a colher parece torta. Esse é um fenômeno bem conhecido, descrito pela Lei de Snell," explicou o professor Ayman Abouraddy, da Universidade Central da Flórida, nos EUA.

Com o novo laser, a coisa não funciona bem assim: Embora a Lei de Snell ainda se aplique, a mudança que normalmente ocorre na velocidade da luz não é mais aplicável ao laser do espaço-tempo. Isso também contraria o Princípio de Fermat, que afirma que a luz sempre viaja de tal forma a seguir o caminho mais curto.

A visão laser do Super-Homem está muito próxima da realidade - mas não será exatamente o que você esperava.
[Imagem: Markus Karl et al. - 10.1038/s41467-018-03874-w]

Pulso de luz

A equipe criou os pacotes de onda do espaço-tempo usando um dispositivo conhecido como "modulador espacial de luz" para reorganizar a energia de um pulso de luz de modo que suas propriedades no espaço e no tempo não sejam mais separadas.

Isso permite controlar a "velocidade de grupo" do pulso de luz, que é aproximadamente a velocidade na qual o pico do pulso de luz viaja - mexer no perfil desses pulsos de luz já permitiu diminuir a velocidade da luz no ar e criar pulsos superluminais que viajam mais rápido que a própria luz.

"O que descobrimos aqui é que, não importa quão diferentes sejam os materiais pelos quais a luz passa, sempre existe um de nossos pacotes de onda do espaço-tempo que pode cruzar a interface dos dois materiais sem alterar sua velocidade. Então, não importa quais sejam as propriedades desse meio, [o pulso] atravessará a interface e continuará como se a interface não estivesse lá," disse Abouraddy.

Mensagens sem retardo

Para o campo das comunicações, essa inovação nos lasers significa que a velocidade de uma mensagem que viaja nesses pacotes de luz não é mais afetada por viajar através de diferentes materiais de diferentes densidades, seja o ar, o vidro da fibra óptica ou qualquer outro.

"Imagine um avião tentando se comunicar com dois submarinos à mesma profundidade, mas um está longe e o outro está perto; o que estiver mais longe experimentará um retardo maior [na recepção da mensagem] do que o que está por perto," explicou Abouraddy. "Descobrimos que podemos fazer com que nossos pulsos se propaguem de forma que cheguem aos dois submarinos ao mesmo tempo. Na verdade, agora a pessoa que envia o pulso não precisa nem mesmo saber onde estão os submarinos, desde que eles estejam à mesma profundidade. Todos os submarinos receberão o pulso ao mesmo tempo, de forma que você poderá sincronizá-los às cegas, sem saber onde eles estão."

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