Cientistas descobriram uma nova propriedade da luz

Em um estudo publicado na Science (1), pesquisadores reportaram uma nova propriedade física da luz: auto-torque. A descoberta pode abrir promissores novos caminhos para aplicações diversas baseadas em tecnologias ópticas, incluindo otimização de smartphones, discos rígidos e sistemas quânticos.

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Os fótons constituintes dos feixes de luz carregam tanto energia quanto momento (2), os quais podem exercer uma pequena mas detectável pressão sobre objetos que essas partículas-onda iluminam. Em 1992, foi descoberto que a luz também possui momento orbital angular (OAM) quando a forma espacial do feixe de luz rotaciona (ou torce) ao redor do seu próprio eixo. Apesar de não ser algo visível ao olho humano, a presença de um OAM pode ser revelada quando a luz do feixe interage com a matéria. Os feixes OAM têm sido amplamente usados em diversas tecnologias, incluindo comunicação óptica, microscopia, óptica quântica e manipulação de micropartículas. Porém, até o momento, todos os feixes OAM - também conhecidos como feixes de vórtex - são observados estáticos, ou seja, não variam com o tempo.

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(2) Leitura recomendada: O que são as Velas Solares?


Nesse sentido, os pesquisadores do novo estudo teoricamente propuseram e experimentalmente validaram uma nova propriedade da luz, manifestada como um OAM variante no tempo ao longo do pulso de luz - nomeada por eles de 'auto-torque da luz'.

O auto-torque é encontrado em diversos sistemas físicos (como eletrodinâmica e relatividade geral), mas nunca tinha sido observado na luz, onde nenhuma força externa está envolvida. No experimento, os pesquisadores geraram pulsos de vórtex dinâmicos de lasers ultrarrápidos ao interferir dois feixes de vórtex temporariamente atrasados com diferentes momentos orbitais angulares através do processo de geração alto harmônico. Um atraso controlado de tempo entre os pulsos permitiram que o feixe de vórtex alto harmônico de ultravioleta-extremo gerado exibisse um momento angular tempo-dependente, o nosso auto-torque.

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No futuro, essa nova classe de feixes OAM dinâmicos poderão ser usados para a manipulação das mais rápidas excitações magnéticas, topológicas, moleculares e quânticas em uma escala nanométrica.


(1) Publicação do estudo: Science