Ondas de luz se teletransportam de modo considerado impossvel pela teoria

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Energia

Redação do Site Inovação Tecnológica – 30/08/2021

Ondas de luz se teletransportam de modo considerado imposs

O fenmeno inusitado (embaixo) parece surgir pela interao catica com o ambiente.
[Imagem: Sebastian Weidemann et al. – 10.1038/s41566-021-00823-w]

Localizao e delocalizao

Fsicos descobriram um comportamento novo e paradoxal das ondas de luz: Apesar de estarem confinadas em um volume microscpico, um nvel preciso de desordem faz com que os pontos de luz apaream repentinamente em regies distantes.

Esse “teletransporte” abrupto e inesperado considerado impossvel nos livros-texto, e desafia a compreenso atual das ondas de luz.

Algo que bem conhecido a chamada “localizao de Anderson” [Philip Warren Anderson (1923-2020)], que descreve o mecanismo pelo qual uma desordem que perturbe a rede atmica de um material alm de um nvel crtico interrompe o movimento livre dos eltrons, bloqueando o fluxo de qualquer corrente eltrica, fazendo com que um metal, como o cobre, torne-se um isolante eltrico.

Hoje se sabe que esse efeito, pelo qual Anderson ganhou o Prmio Nobel de Fsica em 1977, geral: A desordem pode da mesma forma suprimir a propagao de ondas sonoras ou mesmo de feixes de luz. O mecanismo, claro, s pode ser explicado no mbito da fsica quntica, no se encaixando na fsica clssica do nosso dia a dia.

Teletransporte da luz

Mas o que Sebastian Weidemann e seus colegas da Alemanha e da Itlia descobriram agora diferente.

Eles constataram experimentalmente que todo sistema fsico realista inevitavelmente troca energia com seu ambiente e, assim que essa troca de energia se torna desordenada, as ondas de luz tambm podem se tornar localizadas – ou seja, estarem em um ponto definido, “travadas”, e no se movimentando.

Essa nova classe de desordem transcende o mecanismo que Anderson descreveu, uma vez que seus clculos se baseavam no pressuposto de que no ocorre nenhuma interao com o ambiente.

“Em nossos experimentos, pudemos observar claramente como a luz se concentra em pequenas regies no espao, assim que a troca de energia no ambiente se torna aleatria,” explicou o professor Alexander Szameit, da Universidade de Rostock, na Alemanha.

Ondas de luz se

A luz em uma matriz ordenada (esquerda), na desordem tradicional (centro) e ante a emergncia do novo nvel de desordem descoberto pela equipe (direita).
[Imagem: Sebastian Weidemann et al. – 10.1038/s41566-021-00823-w]

Tcnicas para moldar a luz

primeira vista, esses resultados parecem ser apenas uma generalizao da bem conhecida supresso do transporte de partculas, s que afetando os ftons. No entanto, ao checar essa possibilidade, os fsicos logo descobriram exatamente o oposto.

“Todas as dvidas remanescentes desapareceram quando pudemos provar que esse efeito pode embaralhar os sinais de luz entre pontos especficos de uma fibra ptica de 5 quilmetros de comprimento,” disse Szameit.

Segundo a interpretao da equipe, a complexa troca de energia com o meio ambiente a responsvel por esse comportamento at ento desconhecido das ondas de luz.

“No incio, no acreditamos em nossos olhos quando vimos como o ponto de luz mais brilhante parecia saltar de repente para regies totalmente diferentes no espao, repetidamente, ainda que a propagao convencional da luz devesse ter sido suprimida, totalmente interrompida pela desordem,” disse o pesquisador.

Esses resultados pioneiros so um avano conceitual para a fsica fundamental, mas a natureza universal desse mecanismo pode tambm servir para a criao de novas tcnicas para moldar no apenas o fluxo da luz, mas tambm de ondas acsticas ou de partculas, dizem os pesquisadores.

Bibliografia:

Artigo: Coexistence of dynamical delocalization and spectral localization through stochastic dissipation
Autores: Sebastian Weidemann, Mark Kremer, Stefano Longhi, Alexander Szameit
Revista: Nature Photonics
DOI: 10.1038/s41566-021-00823-w

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