Cientista brasileiro descobre propriedade inédita dos lasers

Os lasers são amplamente utilizados em nosso mundo, inclusive na ciência. Até agora, parece que temos pleno conhecimento de como funciona. Mas um grupo de físicos mostrou que isso não é bem verdade. Eles descobriram que o laser tem o poder de bloquear a luz e projetar sombras.

Em primeiro lugar, vamos explicar o conceito de sombra: é uma consequência natural das paredes opacas num espaço luminoso. Em termos científicos, a luz brilha, os fótons viajam até atingirem um objeto pelo qual não conseguem passar, o que cria uma sombra, nada mais do que uma pequena mancha de escuridão na qual a luz foi impedida de avançar. É algo com o qual nos acostumamos desde pequenos.

Mas um laser, ao passar pelo material transparente certo, pode forçar o ambiente ao seu redor a se tornar opaco, como se estivesse projetando sua própria sombra. Se dois feixes de laser forem projetados corretamente, o primeiro deles não passa pelo outro, o que cria uma linha de sombra na luz que atinge a superfície oposta.

O físico brasileiro Raphael Abrahão, do Laboratório Nacional de Brookhaven (EUA), é um dos responsáveis ​​pela descoberta e questões O que sabemos sobre sombras? “Nossa demonstração de um efeito óptico muito contra-intuitivo nos convida a reconsiderar nossa noção de sombra”, diz ele.

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Lasers, luzes e sombras

• Exceto em circunstâncias muito particulares, os fótons não interagem entre si, com ondas que se cruzam passando sem qualquer obstáculo;
• Quando dois feixes de laser se cruzam, eles passam um pelo outro como se não houvesse obstáculos, quase como se um feixe de lanterna caísse sobre o outro;
• Foi então que Abrahão e seus colegas decidiram investigar se um feixe de luz seria capaz de projetar uma sombra, algo quase como se fosse um projeto paralelo;
• Isso ocorre porque seu estudo principal foi sobre como os feixes de luz interagem quando materiais não lineares são introduzidos;
• As interações com a luz desses materiais não são dimensionadas linearmente, o que resulta em efeitos como amplificação, absorção, foco automático e harmônicos (também conhecidos como replicação de frequência).

Para gerar esquemas simples para os experimentos, a equipe utilizou um software de modelagem 3D, em que o feixe de luz era representado por um cilindro sólido que projetava uma sombra, algo, no mínimo, curioso. E foi isso que eles pensaram.

“O que começou como uma divertida discussão no almoço levou a uma conversa sobre a física dos lasers e a resposta óptica não linear dos materiais. A partir daí decidimos fazer um experimento para demonstrar a sombra de um raio laser”, continua Abrahão.

Para isso, o brasileiro e seus colegas usaram um rubi para servir de ponto de encontro dos dois lasers, um verde e outro vermelho. A pedra foi escolhida por ser um material popular para o estudo da óptica não linear.

Enquanto a luz laser azul era direcionada para um lado do rubi, por onde passava e lançava um brilho frio em uma tela, um feixe estreito de luz laser verde passava perpendicularmente ao azul, vindo do outro lado.

Em qualquer parte das moléculas de rubi sobre as quais a fina linha de luz verde incidia, ocorria uma complexa “dança” de elétrons, movendo-se para cima e para baixo. Dessa forma, o comprimento de onda um pouco mais curto do laser azul foi confundido pelos elétrons que estavam em transição, bloqueando seu caminho através do material. Antes era translúcido.

Portanto, o feixe de laser verde se comporta como um objeto e cria uma linha escura na luz azul, que incide sobre uma tela colocada do outro lado do rubi. Essa linha escura tinha todos os critérios necessários para ser classificada como sombra:

• Era visível a olho nu;
• Adaptava-se aos contornos da tela em que foi projetado;
• Ele se moveu com o feixe de laser verde quando a fonte de laser foi movida.

Esta descoberta expande a nossa compreensão das interações entre a luz e a matéria e abre novas possibilidades para a utilização da luz de formas que não consideramos antes. Nossa compreensão das sombras desenvolveu-se de mãos dadas com a nossa compreensão da luz e da óptica.

Esta nova descoberta pode ser útil em diversas aplicações, como comutação óptica, dispositivos nos quais a luz controla a presença de outra luz ou tecnologias que exigem controle preciso da transmissão da luz, como lasers de alta potência.

Raphael Abrahão, físico do Laboratório Nacional de Brookhaven (EUA)

O estudo será publicado em Óptico e está disponível no servidor de pré-impressão arXiv.