A ideia de que a luz exerce força sobre a matéria não é nova, mas a natureza exata de como esta interação ocorre permanece um mistério por mais de um século. A pesquisa do Departamento de Física da UEM (Universidade Estadual de Maringá), recentemente publicada na revista Nature Communications, abre caminho para finalmente descrever a transferência de momento entre luz e matéria.
Os pesquisadores da UEM, Prof. Nelson Astrath e Prof. Tomaž Požar (professor visitante da Eslovênia), explicam que Johannes Kepler, astrônomo e matemático Alemão, foi o primeiro a sugerir, em 1619, que a pressão exercida pela luz do sol poderia ser responsável pelo desvio na calda de um cometa. Em 1873, James Clerk Maxwell propôs que a pressão exercida pela radiação seria o resultado do momento intrínseco dos campos eletromagnéticos da luz.
“A luz transporta momento em seus campos eletromagnéticos. No entanto, a maneira como momento é convertido por esses campos no que é tipicamente associado com momento – movimento, é desconhecido”, diz o Prof. Astrath. “Pelo fato do momento transportado pela luz ser muito pequeno, a visualização dos efeitos gerados neste processo não foi possível com as metodologias disponíveis. Isso impossibilitou definir como o momento da luz se manifesta dentro de um material e como os objetos se movem”, completa.
No entanto, teoria e experimentos cuidadosamente realizados pelo time internacional de pesquisadores do Brasil (UEM e UTFPR), Eslovênia e Canadá finalmente permitiram a detecção dos efeitos.
Para detectar estas interações extremamente fracas, os pesquisadores desenvolveram um espelho especial acoplado a sensores acústicos e isolamento térmico para manter o mínimo de interferência de ruídos de fundo. Os pesquisadores mediram o impacto gerado pela reflexão de um laser pulsado em um sólido. Pulsos de laser foram incididos no espelho e os sensores foram usados para detectar as ondas elásticas geradas – que se comportam como ondas propagando-se na superfície de um lago.
“Como não é possível medir diretamente o momento do fóton, a abordagem usada foi detectar suas assinaturas deixadas no espelho ‘escutando’ as ondas elásticas viajando pelo material”, diz Astrath. “Nós fomos capazes de associar as ondas elásticas detectadas com o momento intrínseco da luz, abrindo, assim, caminhos para definir e modelar definitivamente como o momento da luz manifesta em materiais”, finaliza.
A descoberta é muito importante para o avanço na descrição fundamental da luz, mas os pesquisadores ainda apontam para aplicações práticas dos efeitos da pressão de radiação.
“A comunidade de desenvolvedores e usuários de ‘pinças ópticas’ estão seguindo de perto nossos avanços nesta área, uma vez que a descrição teórica apropriada da manipulação óptica de matéria deformável ainda é um desafio”, explica o Prof. Astrath.
“Nós ainda não chegamos a este nível, mas as descobertas apresentadas neste trabalho caminham nesta direção e estamos realmente animados com os desdobramentos da pesquisa e onde o trabalho pode nos levar no futuro”, complementa Astrath.
O estudo foi publicado na revista Nature Communications e conta com o financiamento da CAPES, CNPq, Fundação Araucária, Natural Sciences and Engineering Research Council - Canada, e Slovenian Research Agency.
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Veja uma animação narrada dos experimentos realizados AQUI.
Contato do pesquisador:
Nelson G. C. Astrath
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