Uma nova propriedade da luz foi descoberta: auto-torque

Acontece que a luz não só pode ser torcida, mas em velocidades diferentes.

Uma nova propriedade da luz foi descoberta: auto-torqueFonte da imagem: pixpoesia sobre Unsplash
  • Uma propriedade insuspeitada da luz, chamada 'autotetor', acabara de ser descoberta.
  • A descoberta permitirá que os cientistas controlem o comportamento da luz de uma nova maneira.
  • As aplicações potenciais ainda estão sendo desenvolvidas, mas parecem muito interessantes.

Não é sempre que os cientistas descobrem uma propriedade inteiramente nova da luz. A última vez foi em 1992, quando os pesquisadores descobriram como torcer a luz. Agora, no entanto, cientistas da Universidad de Salamanca da Espanha e da Universidade do Colorado nos EUA descobriram uma nova coisa que a luz pode fazer - eles o descrevem como 'torque próprio'.



A propriedade recém-descoberta pode um dia fornecer aos cientistas uma maneira de manipular objetos muito pequenos e melhorar os dispositivos de comunicação baseados na luz, junto com uma miríade de outros usos semelhantes aos já explorados para a luz distorcida.



Primeiro, a história do momento angular orbital

Momento angular orbital em um feixe de luz e uma partícula dentro dele. Fonte da imagem: E-karimi / Wikimedia Commons

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Os feixes de luz torcidos têm a ver com uma propriedade chamada 'momento angular orbital' (OAM). É um subconjunto do momento angular. Imagine um objeto preso a uma corda balançando ao redor de um mastro ao qual o cordão está conectado - a força com que ele gira em torno do mastro é seu momento angular. Tecnicamente, é calculado na outra direção, se você quiser: é a medida da quantidade de força necessária para impedir que o objeto circule o pólo.



Em 1932, os cientistas perceberam que uma seção transversal perpendicular de uma onda de luz revelava mini-ondas oscilantes dentro dela. Embora normalmente essas mini-ondas oscilem juntas, esse nem sempre é o caso. Em alguns feixes de luz, os pesquisadores encontraram mini-ondas fora de fase entre si e girando em torno do centro do feixe maior. Uma partícula atingida por tal feixe de luz orbitará esse centro como um planeta orbitando uma estrela. Portanto, 'momento do ângulo orbital'. Na época, essas estranhas ondas de luz eram consideradas produzidas organicamente por elétrons de comportamento estranho girando em torno dos núcleos.

Na década de 1970, os lasers permitiram a criação de 'feixes de vórtice', com 'vórtice' aqui significando um orifício no meio de um feixe de luz. Agora sabemos que não é realmente um buraco, mas sim uma área onde minifases se sobrepõem e se cancelam enquanto giram em torno do centro de um feixe. Embora não tenha sido percebido na época, o que os cientistas estavam vendo era uma manifestação do OAM.

Em 1991, o físico Robert Spreeuw do laboratório de Han Woerdman na Universidade de Leiden, na Holanda, começou a inventar maneiras de criar deliberadamente feixes de luz com OAM. Ele apresentou suas ideias para sua equipe durante uma pausa para o café. 'As primeiras reações foram um pouco céticas,' Spreeuw diz . 'Mas continuamos pensando nisso e, aos poucos, foi ficando mais realista.'



Em 1992, Woerdman, trabalhando com o colega Les Allen, torceu a luz com sucesso e demonstrou como um fóton dentro dela compartilharia o OAM do feixe. Em 1993, eles publicaram sua técnica de enviar um feixe de luz através de uma lente em forma de concha para produzir luz retorcida.

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Nesse feixe, as mini-ondas giram em torno do centro do feixe como um hélice . Se você direcionar o feixe para uma mesa ou fizer um corte perpendicular, ele se parecerá com um donut: ilumine em torno de um centro aparentemente vazio.

Desde então, os feixes de luz torcidos têm se mostrado extremamente úteis como pinças ópticas com as quais partículas microscópicas podem ser capturadas e manipuladas. Na área de comunicações, eles possibilitaram taxas de dados mais altas, permitindo a manipulação de características da luz, como cor, intensidade e polarização. Eles também podem tornar possíveis ferramentas de diagnóstico médico de granulação mais fina, a estimulação de átomos e moléculas em estados exóticos e controladores para máquinas micro e fora de escala.

Insira o torque próprio

Os pesquisadores por trás da nova descoberta combinaram pares de ondas com o mesmo OAM, disparando-os em uma nuvem de gás argônio, de onde emergiram como um único feixe retorcido, tendo se sobreposto e se fundido dentro da nuvem. Os cientistas começaram a se perguntar o que aconteceria se tentassem a mesma coisa com duas vigas donut que tinham OAMs diferentes e que estavam fora de sincronia uns com os outros por alguns quatrilionésimos de segundo.

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O feixe resultante foi algo surpreendente e imprevisível. Ele girou em torno de seu centro, com mais força - e, portanto, mais rápido - em uma extremidade do que na outra. Um fóton na frente do feixe estaria, na verdade, viajando mais devagar do que um na parte traseira. A conclusão foi que não apenas os feixes de luz tinham OAM que os permitia girar, mas que a aplicação de um ao outro da maneira certa produzia uma força que poderia afetar a velocidade de torção das ondas - eles chamaram essa força de 'self -torque, 'como um tipo de impulso anteriormente insuspeitado que pode alterar a velocidade com que as ondas de luz se torcem.

Seccionado ou brilhando em uma superfície plana, uma viga com autotetor se parece com um croissant francês em vez de um donut. Um dos cientistas, Kevin Dorney, pensa que Geografia nacional , 'Você não esperaria adicionar rosquinhas para obter um croissant.'

A luz torcida, já tão útil em tantos aspectos, acaba de ganhar um novo nível de maleabilidade.

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