Físicos fazem luz viajar com velocidade infinita

Com informações da Science - 22/11/2012

Normalmente as ondas se anulam ou se reforçam, como se vê na imagem à esquerda. Mas o dispositivo ao centro faz a onda de luz brilhar em todo o seu comprimento (direita).
[Imagem: AMOLF and University of Pennsylvania]

Infinitamente rápido

Albert Polman e seus colegas do Instituto de Física Atômica e Molecular em Amsterdã, na Holanda, fizeram algo que parece impossível.

Eles criaram um dispositivo no qual a luz se comporta como se viajasse a uma velocidade nada mais, nada menos do que infinita.

É claro que, como de praxe, eles começam alertando que seu dispositivo não contraria em nada as teorias de Einstein - nem tampouco é o mecanismo que falta para que nossas naves espaciais viajem em velocidade de dobra.

Mas como conciliar uma "velocidade infinita" da luz com o limite de velocidade universal imposto por Einstein?

É certo que já se demonstrou que superar a velocidade da luz é matematicamente possível, além do que vários experimentos têm "ludibriado" a física para criar pulsos superluminais, que viajam mais rápido do que a luz.

Mas "velocidade infinita" da luz é algo inédito.

Índice de refração = 0

No espaço, a luz viaja a 299.792.458 metros por segundo. Em outros materiais - na água ou no vidro, por exemplo - ela viaja mais lentamente.

A razão entre a velocidade da luz no vácuo e no material em questão define o índice de refração do material, que é tipicamente maior do que 1.

Contudo, os cientistas já descobriram meios de manipular as interações entre a luz e a matéria para criar índices negativos de refração - o que é feito usando materiais artificiais conhecidos como metamateriais.

Polman e seus colegas criaram uma espécie de túnel em nanoescala onde o índice de refração da luz é zero - assim, as ondas de luz de um comprimento de onda específico movem-se a uma velocidade infinita.

O dispositivo consiste em uma barra retangular, medindo 2.000 nanômetros de comprimento por 85 nanômetros de espessura, feita de dióxido de silício - que é isolante - recoberto com prata.

Tecnicamente trata-se de um guia de ondas, uma câmara condutora de luz.

Luz com velocidade infinita

A luz se comporta de forma diferente no interior desse guia de ondas porque os campos eletromagnéticos devem obedecer a condições precisas nas extremidades do dispositivo.

A luz com comprimentos de onda menores reflete-se entre as extremidades do guia de ondas, e os picos e vales da luz que está indo sobrepõem-se com os picos e vales da luz que está vindo, criando uma banda de interferência, um padrão de claros e escuros parecido com um código de barras - o brilho aumenta onde as ondas se somam e desaparece onde as ondas se anulam.

Acima de um determinado comprimento de onda "de corte", a luz não se propaga mais.

E é justamente nesse comprimento de onda de corte que as coisas ficam interessantes.

Em vez de produzir uma banda de interferência - a alternância de claros e escuros - o comprimento de onda inteiro brilha intensamente.

Isso significa que, em vez de se comportar como ondas com picos igualmente espaçados, as ondas de luz se comportam como se seus picos se movessem infinitamente rápido.

Assim, a luz oscila em sincronia ao longo de todo o dispositivo, estando literalmente ao longo de todo o seu comprimento ao mesmo tempo.

Salve a Relatividade

O professor Nader Engheta, membro da equipe, explica que isso não viola a 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.

Somente a velocidade de grupo deve obedecer ao limite universal de velocidade, diz Engheta, e isso ocorre no interior do guia de ondas que ele e seus colegas construíram.

O pesquisador acrescenta que a tecnologia poderá ter vários usos, por exemplo, como uma antena que emita ondas de luz "formatadas" com precisão para uso em circuitos lógicos ópticos, ou seja, processadores à base de luz.

A equipe também não descarta a possibilidade de fabricação de um metamaterial de dimensões macroscópicas com índice zero de refração.

Mais tópicos