Cientistas construíram um feixe trator macroscópico usando luz laser: WebCuriosos
Os raios tratores fazem sentido intuitivamente. Matéria e energia interagem entre si de inúmeras maneiras em todo o Universo. O magnetismo e a gravidade são forças naturais que podem unir objetos, então há uma espécie de precedente.
Mas projetar um raio trator real é algo diferente.
Um raio trator é um dispositivo que pode mover um objeto à distância. A ideia vem de uma história de ficção científica de 1931 chamada SpaceHounds do IPC:
eu, o Bronx, torça. Os Titãs têm um raio trator há muito tempo – ele me enviou uma droga completa sobre isso – e os Jovianos têm os dois. Nós os teremos em três dias, e deve ser bastante simples equipar o oposto de um trator também – um empurrador ou feixe pressor.”
Se a ficção científica tivesse algo a dizer sobre isso, os raios tratores já seriam comuns, e poderíamos agradecer Jornada nas Estrelas e Guerra nas Estrelas pela sua proliferação.
Mas já existem raios tratores, embora seu alcance seja apenas microscópico.
Feixes tratores microscópicos são empregados em dispositivos chamados pinças ópticas. Pinças ópticas usam lasers para mover objetos microscópicos como átomos e nanopartículas. Eles são usados em biologia, nanotecnologia e medicina.
Esses raios tratores funcionam em objetos microscópicos, mas não são fortes o suficiente para puxar objetos macroscópicos maiores.
Agora, uma equipe de pesquisadores demonstrou com sucesso um raio trator macroscópico. Eles publicaram o artigo explicando seu trabalho na revista Ótica Expressa. Seu título é “Extração macroscópica a laser baseada na força de Knudsen em gás rarefeito,” e o autor principal é Lei Wang, da Universidade de Ciência e Tecnologia de QingDao, na China.
“Em estudos anteriores, a força de atração da luz era muito pequena para puxar um objeto macroscópico”, disse Wang.
“Com a nossa nova abordagem, a força de tração da luz tem uma amplitude muito maior. Na verdade, é mais de três ordens de grandeza maior do que a pressão da luz usada para impulsionar uma vela solar, que usa o momento dos fótons para exercer um pequeno empurrão. vigor.”
Este raio trator macroscópico só funciona em condições laboratoriais específicas, portanto é uma demonstração, não um desenvolvimento prático. Pelo menos ainda não.
Em primeiro lugar, funciona em coisas específicas: grafeno-SiO macroscópico2 objetos compostos que os pesquisadores construíram para os experimentos.
Em segundo lugar, funciona num ambiente gasoso rarefeito, que tem uma pressão muito mais baixa do que a atmosfera da Terra. Embora isso limite a sua eficácia aqui na Terra, nem todos os mundos têm tanta pressão atmosférica como o nosso planeta.
“Nossa técnica fornece uma abordagem de tração sem contato e de longa distância, que pode ser útil para vários experimentos científicos”, disse Wang.
“O ambiente de gás rarefeito que usamos para demonstrar a técnica é semelhante ao que é encontrado em Marte. Portanto, pode ter potencial para um dia manipular veículos ou aeronaves em Marte.”
Seu dispositivo funciona segundo o princípio do aquecimento a gás. Um laser aquece os objetos compostos, mas um lado fica mais quente que o outro. As moléculas de gás na parte de trás recebem mais energia, o que puxa o objeto. Combinado com a pressão mais baixa no ambiente de gás rarefeito, o objeto se move.
Os pesquisadores construíram um dispositivo de pêndulo torcional – ou giratório – feito de seu grafeno-SiO2 estrutura composta para demonstrar o fenômeno de tração a laser. Essa demonstração tornou-a visível a olho nu. Eles usaram outro dispositivo para medir o efeito.
“Descobrimos que a força de tração era três ordens de grandeza maior que a pressão leve”, disse Wang. “Além disso, a tração do laser é repetível e a força pode ser ajustada alterando a potência do laser.”
Outros pesquisadores têm vigas tratoras abordadas nos últimos anos com resultados mistos. A NASA estava interessada em seguir a ideia de usar raios tratores para coletar amostras com o rover de superfície MSL Curiosity. Um dos instrumentos do Curiosity é o ChemCam.
Inclui um laser que vaporiza rocha ou regolito e, em seguida, um micro gerador de imagens para medir seus componentes espectroscopicamente. Mas a NASA questionou-se se um raio trator poderia atrair pequenas partículas da amostra vaporizada para o veículo espacial para um estudo mais completo.
UM Apresentação da NASA NIAC de 2010 disse: “Se a tecnologia Tractor Beam fosse incluída em uma 'ChemCam2' para extrair poeira e partículas de plasma, os raios tratores poderiam adicionar um conjunto de capacidades científicas adicionais:
- espectroscopia de íons dessortivos a laser
- espectrometria de massa
- Espectroscopia RAMAN
- Fluorescência de Raios X”
A mesma apresentação dizia que raios tratores poderiam ser usados para coletar partículas de caudas de cometas, plumas de gelo em Encélado e até mesmo nuvens na atmosfera da Terra ou em outras atmosferas.
Isso nunca se materializou, mas ilustra o quão convincente é a ideia.
Esta nova pesquisa produziu resultados interessantes, embora não esteja nem perto de uma implementação prática real. É necessário muito trabalho e engenharia antes mesmo de se aproximar da praticidade.
Por um lado, é necessário que haja uma base teórica bem compreendida que descreva como o efeito funciona em objetos de diferentes tamanhos e formas e com lasers de diferentes potências em diferentes atmosferas.
Os investigadores sabem disso, claro, mas salientam que ainda é uma demonstração eficaz de viabilidade.
“Nosso trabalho demonstra que a manipulação flexível da luz de um objeto macroscópico é viável quando as interações entre a luz, o objeto e o meio são cuidadosamente controladas,” disse Wang.
“Isso também mostra a complexidade das interações laser-matéria e que muitos fenômenos estão longe de serem compreendidos em escalas macro e micro.”
A parte crítica é que este estudo move os raios tratores do microscópico para o macroscópico. Esse é um limite significativo que é difícil de ultrapassar.
“Este trabalho expande o escopo da extração óptica da microescala para a macroescala, que tem grande potencial em manipulações ópticas em macroescala”, afirmam os autores. escrever em sua conclusão.
As espaçonaves podem muito bem usar raios tratores um dia, mas é improvável que se pareçam com a ficção científica. Guerra nas Estrelas, Jornada nas Estrelase Scães de caça do IPC todos apresentam raios tratores em combate e conflito.
Mas, na realidade, podem revelar-se ferramentas científicas valiosas.
Este artigo foi publicado originalmente por Universo hoje. Leia o artigo original.
