Ondas revertidas no tempo mostram caminho de volta para a luz

Redação do Site Inovação Tecnológica - 15/12/2020

Tudo começa com (A) um ponto de luz que se espalha por uma fibra óptica; (B) o objeto 3D que representa a luz espalhada na outra extremidade é esculpido e enviado de volta de marcha-a-ré pela fibra (C e D), chegando à origem exatamente como o ponto de luz inicial (E).
[Imagem: Universidade de Queensland]

A luz que volta à origem

Uma equipe de físicos da Austrália e dos EUA criou uma técnica para demonstrar a reversão no tempo de ondas ópticas.

A reversão das ondas no tempo não significa que elas viajam para o passado - trata-se de um tipo especial de onda capaz de percorrer de volta o caminho que a levou até um ponto. É mais ou menos como assistir a um filme da onda reproduzido ao contrário.

Isso permite um controle total da luz em três dimensões - por exemplo, dentro de uma fibra óptica -, o que deverá ter utilização no campo das imagens médicas, das telecomunicações e muito mais.

O processo de criar ondas invertidas no tempo já havia sido demonstrado para fenômenos de frequências mais baixas, como acústica, ondas de água e até micro-ondas. Mas esta é a primeira vez que os físicos conseguem inverter a simetria temporal de ondas de luz.

Onda revertida no tempo

"Imagine lançar um curto pulso de luz de um ponto minúsculo através de algum material dispersivo, como a neblina. A luz parte de um único local no espaço e em um único ponto no tempo, mas se espalha à medida que viaja pela névoa e chega no outro lado em muitos locais diferentes, em muitos momentos diferentes.

"Nós encontramos um jeito de medir com precisão onde toda aquela luz espalhada chega e em quais momentos, então criamos uma versão 'retroativa' dessa luz e a enviamos de volta através do nevoeiro. Esta nova onda de luz invertida no tempo irá refazer o processo original de dispersão de modo parecido com assistir um filme ao contrário - finalmente chegando à fonte exatamente como começou: em uma única posição em um único ponto no tempo," explicou o professor Mickael Mounaix, da Universidade de Queensland.

A versão reversa do feixe de luz - conhecida como onda invertida no tempo - que parte de volta à sua origem é na verdade um objeto 3-D de aparência difusa, como uma pequena nuvem de luz.

Esquema do processo de reversão da simetria temporal do feixe de luz.
[Imagem: Mickael Mounaix et al. - 10.1038/s41467-020-19601-3]

Usos práticos

Os físicos chamam o processo de reconstrução dessa luz reversa de "esculpir" a onda de luz.

"Esse trabalho de esculpir precisa ocorrer em escalas de tempo de trilionésimos de segundo, então é muito rápido para esculpir usando quaisquer partes móveis ou sinais elétricos - pense nisso como atirar uma bola de argila em alta velocidade através de um aparato estático sem partes móveis, que fatia a bola, desvia os pedaços e, em seguida, recombina os pedaços para produzir uma escultura de saída, tudo enquanto o barro voa sem nunca desacelerar," exemplificou o professor Joel Carpenter.

Os físicos preveem uma multiplicidade de usos para sua técnica.

"Este novo tipo de controle em óptica pode abrir muitas possibilidades que não são apenas generalizações de demonstrações anteriores para fenômenos de frequência mais baixa, com aplicações como microscopia não-linear, micromáquinas, óptica quântica, aprisionamento de luz, nanofotônica e plasmônica, amplificação óptica e outros fenômenos espaço-temporais não-lineares, interações e fontes," escreveu a equipe.

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