Ondas de luz se teletransportam de modo considerado impossível pela teoria

Redação do Site Inovação Tecnológica - 30/08/2021

O fenômeno inusitado (embaixo) parece surgir pela interação caótica com o ambiente.
[Imagem: Sebastian Weidemann et al. - 10.1038/s41566-021-00823-w]

Localização e delocalização

Físicos descobriram um comportamento novo e paradoxal das ondas de luz: Apesar de estarem confinadas em um volume microscópico, um nível preciso de desordem faz com que os pontos de luz apareçam repentinamente em regiões distantes.

Esse "teletransporte" abrupto e inesperado é considerado impossível nos livros-texto, e desafia a compreensão atual das ondas de luz.

Algo que é bem conhecido é a chamada "localização de Anderson" [Philip Warren Anderson (1923-2020)], que descreve o mecanismo pelo qual uma desordem que perturbe a rede atômica de um material além de um nível crítico interrompe o movimento livre dos elétrons, bloqueando o fluxo de qualquer corrente elétrica, fazendo com que um metal, como o cobre, torne-se um isolante elétrico.

Hoje se sabe que esse efeito, pelo qual Anderson ganhou o Prêmio Nobel de Física em 1977, é geral: A desordem pode da mesma forma suprimir a propagação de ondas sonoras ou mesmo de feixes de luz. O mecanismo, claro, só pode ser explicado no âmbito da física quântica, não se encaixando na física clássica do nosso dia a dia.

Teletransporte da luz

Mas o que Sebastian Weidemann e seus colegas da Alemanha e da Itália descobriram agora é diferente.

Eles constataram experimentalmente que todo sistema físico realista inevitavelmente troca energia com seu ambiente e, assim que essa troca de energia se torna desordenada, as ondas de luz também podem se tornar localizadas - ou seja, estarem em um ponto definido, "travadas", e não se movimentando.

Essa nova classe de desordem transcende o mecanismo que Anderson descreveu, uma vez que seus cálculos se baseavam no pressuposto de que não ocorre nenhuma interação com o ambiente.

"Em nossos experimentos, pudemos observar claramente como a luz se concentra em pequenas regiões no espaço, assim que a troca de energia no ambiente se torna aleatória," explicou o professor Alexander Szameit, da Universidade de Rostock, na Alemanha.

A luz em uma matriz ordenada (esquerda), na desordem tradicional (centro) e ante a emergência do novo nível de desordem descoberto pela equipe (direita).
[Imagem: Sebastian Weidemann et al. - 10.1038/s41566-021-00823-w]

Técnicas para moldar a luz

À primeira vista, esses resultados parecem ser apenas uma generalização da bem conhecida supressão do transporte de partículas, só que afetando os fótons. No entanto, ao checar essa possibilidade, os físicos logo descobriram exatamente o oposto.

"Todas as dúvidas remanescentes desapareceram quando pudemos provar que esse efeito pode embaralhar os sinais de luz entre pontos específicos de uma fibra óptica de 5 quilômetros de comprimento," disse Szameit.

Segundo a interpretação da equipe, é a complexa troca de energia com o meio ambiente a responsável por esse comportamento até então desconhecido das ondas de luz.

"No início, não acreditamos em nossos olhos quando vimos como o ponto de luz mais brilhante parecia saltar de repente para regiões totalmente diferentes no espaço, repetidamente, ainda que a propagação convencional da luz devesse ter sido suprimida, totalmente interrompida pela desordem," disse o pesquisador.

Esses resultados pioneiros são um avanço conceitual para a física fundamental, mas a natureza universal desse mecanismo pode também servir para a criação de novas técnicas para moldar não apenas o fluxo da luz, mas também de ondas acústicas ou de partículas, dizem os pesquisadores.

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