Físicos quebraram a velocidade da luz com pulsos dentro de plasma quente: WebCuriosos

A maioria de nós cresce familiarizada com a lei vigente que limita a rapidez com que a informação pode viajar através do espaço vazio: a velocidade da luz, que atinge o máximo de 300.000 quilómetros (186.000 milhas) por segundo.

Embora seja improvável que os próprios fótons ultrapassem esse limite de velocidade, existem características da luz que não seguem as mesmas regras.

Manipulá-los não acelerará a nossa capacidade de viajar até às estrelas, mas poderá ajudar-nos a abrir caminho para uma classe totalmente nova de tecnologia laser.

Físicos nos EUA demonstraram que, sob certas condições, ondas constituídas por grupos de fotões podem mover-se mais rapidamente que a luz.

Os pesquisadores têm trabalhado duro e rápido com o limite de velocidade dos pulsos de luz há algum tempo, acelerando-os e até mesmo desacelerando-os até uma paralisação virtual usando vários materiais como gases atômicos frios, cristais refrativose fibras ópticas.

Mas, de forma impressionante, no ano passado, pesquisadores do Laboratório Nacional Lawrence Livermore, na Califórnia, e da Universidade de Rochester, em Nova York, conseguiram isso dentro de enxames quentes de partículas carregadas, ajustando a velocidade das ondas de luz dentro do plasma para algo em torno de um décimo da velocidade da luz. velocidade normal de vácuo para mais de 30 por cento mais rápido.

Isto é mais – e menos – impressionante do que parece.

Para partir o coração daqueles que esperam que isso nos leve até Proxima Centauri e voltemos no tempo para o chá, esta viagem superluminal está dentro das leis da física. Desculpe.

A velocidade de um fóton é fixada pela trama de campos elétricos e magnéticos conhecidos como eletromagnetismo. Não há como evitar isso, mas pulsos de fótons em frequências estreitas também se agitam de maneira que criam ondas regulares.

A ascensão e queda rítmica de grupos inteiros de ondas de luz movem-se através das coisas a uma taxa descrita como velocidade do grupoe é essa ‘onda de ondas’ que pode ser ajustada para desacelerar ou acelerar, dependendo das condições eletromagnéticas ao seu redor.

Ao retirar elétrons de um fluxo de íons de hidrogênio e hélio com um laser, os pesquisadores foram capazes de alterar a velocidade de grupo dos pulsos de luz enviados através deles por uma segunda fonte de luz, acionando os freios ou simplificando-os ajustando a proporção do gás e forçando as características do pulso a mudar de forma.

O efeito geral foi devido à refração dos campos do plasma e à luz polarizada do laser primário usado para removê-los. As ondas de luz individuais ainda avançavam em seu ritmo habitual, mesmo quando a dança coletiva parecia acelerar.

Do ponto de vista teórico, o experimento ajuda a aprofundar a física dos plasmas e a impor novas restrições à precisão dos modelos atuais.

Em termos práticos, esta é uma boa notícia para as tecnologias avançadas que aguardam nos bastidores por pistas sobre como contornar os obstáculos que impedem que se tornem realidade.

Os lasers seriam os grandes vencedores aqui, especialmente a variedade incrivelmente poderosa. Os lasers tradicionais dependem de materiais ópticos de estado sólido, que tendem a ser danificados à medida que a energia aumenta. Usando fluxos de plasma amplificar ou alterar as características da luz contornaria esse problema, mas para aproveitá-lo ao máximo precisamos realmente modelar suas características eletromagnéticas.

Não é por acaso que o Laboratório Nacional Lawrence Livermore está interessado em compreender a natureza óptica dos plasmas, sendo o lar de alguns dos mais tecnologia laser impressionante.

Lasers cada vez mais potentes são exatamente o que precisamos para uma série de aplicações, desde o aumento de aceleradores de partículas até a melhoria tecnologia de fusão limpa.

Pode não nos ajudar a avançar mais rapidamente no espaço, mas são estas descobertas que nos apressarão em direção ao tipo de futuro com que todos sonhamos.

Esta pesquisa foi publicada em Cartas de revisão física.

Uma versão deste artigo foi publicada pela primeira vez em maio de 2021.