Luz com acelerador e breque vai acima ou abaixo da velocidade da luz

Redação do Site Inovação Tecnológica - 18/12/2020

O truque para fazer a luz superar sua própria velocidade máxima é trabalhar com pulsos, alterando seu formato de onda.
[Imagem: Yessenov/Abouraddy - 10.1103/PhysRevLett.125.233901]

Acelerando e brecando a luz

A teoria da relatividade nos garante que a luz tem um limite de velocidade universal, mas os experimentos já demonstraram que esse limite pode ser quebrado mexendo-se com a velocidade na qual o pico da onda de luz viaja.

Os físicos chamam isso de "velocidade de grupo" do pulso de luz, o que já permitiu fazer com que um foco de laser saltasse 50 vezes mais rápido que a luz em suas condições normais e mesmo diminuir a velocidade da luz no ar.

Murat Yessenov e Ayman Abouraddy, da Universidade Central da Flórida, nos EUA, demonstram agora como acelerar rapidamente os pulsos de luz no vácuo até velocidades superluminais, ou desacelerá-los para velocidades subluminais.

Para isso, eles "esculpiram" o espectro do feixe de luz de uma forma que liga cada componente do comprimento de onda ao padrão espacial do feixe. A ligação precisa determina como a velocidade do grupo do feixe irá variar no espaço, permitindo controlar quando o feixe irá acelerar ou desacelerar enquanto viaja.

Os físicos observaram mudanças na velocidade do grupo do feixe pulsado de até 1,2 vez a velocidade da luz em uma distância de apenas 20 mm - um aumento de aproximadamente 10.000 vezes em relação aos experimentos anteriores.

Ter uma maneira de acelerar os pulsos de luz em uma configuração versátil pode levar a novas fontes de radiação, à otimização na geração de raios X e a novas interações luz-matéria.

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O conceito de projéteis de luz trouxe um nível de controle adicional, permitindo programar a velocidade da luz em seu trajeto.
[Imagem: Li/Kawanaka - 10.1038/s42005-020-00481-4]

Luz com velocidade programável

Já Zhaoyang Li e Junji Kawanaka, da Universidade de Osaka, no Japão, estavam mais interessados não apenas em acelerar ou brecar a luz, mas em controlar sua velocidade.

Eles chamam seus pulsos de luz de "projéteis de luz", e também trabalham no acoplamento espaçotemporal dos grupos de fótons.

Primeiro eles descobriram que, ao deformar a frente do pulso de luz e manter a frente da fase inalterada, é possível controlar tanto a velocidade quanto a aceleração das suas balas de luz voadoras.

"No entanto, o problema é que, para cada caminho de propagação, só se pode obter uma forma de movimento determinada, por exemplo, superluminal ou subluminal para velocidade e acelerando ou desacelerando para aceleração," explicou Li.

Eles resolveram essa deficiência combinando um espelho deformável com um modulador espacial de luz, o que permitiu deformar arbitrariamente a frente do pulso de luz. Isso resulta em projéteis de luz com velocidades arbitrariamente variáveis - acelerando ou desacelerando - sem qualquer alteração no caminho de propagação.

Em outras palavras, eles podem acelerar o pulso de luz até uma velocidade superluminal, e então desacelerá-lo até uma velocidade subluminal, sem precisar fazer qualquer alteração na propagação, o que dá um nível adicional de controle, permitindo na prática controlar como a velocidade do pulso de luz irá variar durante sua propagação.

"Este projétil de luz sem difração, com velocidades de voo quase programáveis, pode trazer novas oportunidades em uma ampla gama de aplicações, como comunicação no espaço livre, bioimagem, detecção e processamento óptico, aceleração e manipulação de partículas, geração de radiação, entre outras," disse Li.

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