Revolucionário: Ondas eletromagnéticas podem sofrer colisões frontais

Redação do Site Inovação Tecnológica - 16/08/2023

A técnica usa o que a equipe chama de "interface temporal", uma espécie de espelho do tempo.
[Imagem: Emanuele Galiffi et al. - 10.1038/s41567-023-02165-6]

Fóton interagindo com fóton

Aponte duas lanternas acesas uma para a outra, de modo que seus fachos de luz se cruzem e... decepção total, você não verá nada de especial. Os fótons não interagem entre si, o que explica porque ainda não temos sabres de luz.

Mas esta não é uma impossibilidade total: É possível manipular os fótons para que eles possam não apenas interagir uns com os outros ao se cruzarem, mas até mesmo colidir frontalmente.

Esta foi a demonstração, com potencial revolucionário, feito por Emanuele Galiffi e colegas da Universidade Cidade de Nova York, nos EUA.

Revolucionário porque fazer os fótons interagirem entre si permitirá que o desenvolvimento das tecnologias baseadas na propagação das ondas eletromagnéticas - incluindo as ondas de rádio e de luz - faça avanços radicais em telecomunicações, computação óptica e aplicações de energia.

A inovação se fundamenta em outro avanço recente demonstrado pela mesma equipe, quando uma metassuperfície foi usada como um espelho do tempo, uma inédita reflexão temporal que mostra suas costas em vez do seu rosto - sua voz também vem ao contrário.

"Nosso trabalho está se baseando em uma série de experimentos que mostram como podemos criar metamateriais com propriedades únicas que emergem de variações temporais abruptas de suas propriedades eletromagnéticas. Essas variações nos permitem manipular a propagação das ondas de maneiras não vistas na natureza," explicou o professor Andrea Alu, coordenador da equipe.

A colisão de fótons vai muito além da tradicional interferência construtiva ou destrutiva, na qual as ondas podem se reforçar ou se anular.
[Imagem: Emanuele Galiffi et al. - 10.1038/s41567-023-02165-6]

Interfaces de tempo

Quando duas ondas eletromagnéticas se cruzam, elas tipicamente passam uma através da outra sem interagir. Isso é muito diferente do que acontece quando dois objetos maciços, como duas bolas, se chocam. Neste último caso, as partículas colidem e suas características mecânicas determinam se a energia é conservada, perdida ou aumentada na colisão.

Contudo, ao acionar uma interface de tempo, como a demonstrada anteriormente pela equipe, passou a ser possível gerar fortes interações fóton-fóton e ainda controlar a natureza da colisão.

O trabalho foi inspirado pela especulação sobre se seria possível "apagar" uma onda mecânica indesejada, como um tsunami ou uma onda sísmica, lançando outra onda semelhante contra ela para combatê-la.

"Embora tal resultado seja impossível na física ondulatória convencional, sabíamos que era possível, em princípio, com um metamaterial temporal," disse Emanuele Galiffi, responsável pela demonstração realizada agora. "Nosso experimento nos permitiu demonstrar esse conceito em ação para ondas eletromagnéticas."

Já funcionou para ondas de rádio. Agora é esperar o mesmo para ondas de luz, o que terá impacto direto na computação óptica.
[Imagem: Emanuele Galiffi et al. - 10.1038/s41567-023-02165-6]

Múltiplas tecnologias

O novo metamaterial permitiu moldar os pulsos eletromagnéticos, fazendo-os efetivamente colidir uns contra os outros.

"Essa técnica nos permite usar um sinal adicional como molde para esculpir um pulso que estamos interessados em estruturar. Mostramos isso para frequências de rádio e agora estamos trabalhando para realizar essa capacidade de escultura em frequências mais altas," anunciou Gengyu Xu, membro da equipe.

Embora já tenha inúmeras aplicações, das comunicações aos radares, quando esta técnica chegar às frequências de luz ela poderá beneficiar as tecnologias de comunicação por fibras ópticas, imageamento médico, computação de luz e coleta de energia, entre outros avanços.

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