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15 de fevereiro de 2018, 16:46h

Estudo do IMPA e do Technion revela método que paralisa a luz

Estudo de Alexei Mailybaev integra linha de pesquisa que objetiva controlar e manipular a luz através de singularidades

Pisque os olhos. Agora imagine que este segundo que você levou para movimentar as pálpebras foi suficiente para a luz percorrer 300 mil quilômetros no vácuo. Apesar da impressionante velocidade, um estudo recente revela um método que permite fazê-la parar.

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Publicada em janeiro deste ano na renomada revista científica “Physical Review Letters”, a descoberta do pesquisador do IMPA Alexei Mailybaev, em colaboração com Tamar Goldzak e Nimrod Moiseyev, do Instituto de Tecnologia de Israel (Technion), foi destacada em periódicos internacionais, como “Newsweek”, “Daily Mail” e “The Independent”. A pesquisa avança por conseguir a parada completa de luz, mantendo a intensidade e a forma de sinal.

No passado, os métodos que diminuem drasticamente a velocidade da luz envolviam sua captura dentro de cristal ou nuvem de átomos ultrafrias de sódio. Agora, Mailybaev, Goldzak e Moiseyev encontraram uma maneira que independe do tipo de ambiente no qual a onda se propaga ou de sua natureza – a luz, vale lembrar, é uma onda eletromagnética.

“Mostramos que apenas o fato de existir uma determinada singularidade é suficiente para fazer a luz parar. Os métodos anteriormente apresentados estão relacionados a algumas propriedades específicas de material. E isso restringe muito, por exemplo, a frequência na qual a luz pode ser parada”, ressalta o pesquisador do IMPA, explicando que a singularidade é um “ponto excepcional” no qual dois modos de luz se juntam. 

Os modos de luz se unem por meio da variação dos parâmetros de perda e ganho

Os três cientistas descobriram uma forma de criar os “pontos excepcionais” nas chamadas guias de ondas – estruturas que direcionam a propagação de ondas eletromagnéticas, como as fibras ópticas. Neles, dois modos de luz se unem por meio da variação dos parâmetros de perda e ganho, usando um determinado tipo de simetria (PT, paridade-tempo), como está descrito aqui, em detalhes.

Como o método baixa a velocidade da luz a zero por meio do equilíbrio dos parâmetros, é possível adotá-lo em uma ampla variedade de frequência e largura de banda. Além disso, o ajuste evita a perda de sinal nos pontos de parada. 

“O sistema permite parar a luz, mantendo sua intensidade em duas guias de onda acopladas, porque uma guia de onda dissipa energia exatamente na mesma taxa em que a outra ganha”, detalha Mailybaev. Segundo ele, há também expectativa de que, no futuro, o método possa ser adotado em outros tipos de ondas, como as acústicas (som) ou materiais (partículas quânticas).

O vídeo abaixo, feito pelos estudantes Guilherme Goedert e Vitor Sudbrack, do IMPA, demonstra como é uma onda parada.

Os resultados encontrados são teóricos e, uma vez comprovados em laboratório, podem ter aplicações variadas, especialmente na área de telecomunicações e computação ótica. Considerando os resultados, o processamento de dados por fibra óptica ganharia uma velocidade impressionante, diz o pesquisador do IMPA, explicando como isso seria possível.

“Em um cabo de fibra óptica, os sinais transportados pela luz vêm de vários lugares e chegam, por exemplo, até o interruptor. Mas há um problema quando vários deles chegam ao mesmo tempo, porque você perde o sinal e tem de mandar de novo. Em vez de perder o sinal, você poderia, então, parar alguns sinais e colocá-los numa fila. Isso aumentaria a velocidade porque você não precisaria fazer todo o percurso novamente”, observa Mailybaev.

Há oito anos, o pesquisador do IMPA trabalha em colaboração com o grupo de Nimrod Moiseyev no Technion. Entre 2011 e 2013, eles desenvolveram a teoria de um conversor da onda que utiliza as propriedades topológicas da mesma singularidade – o ponto excepcional. Em 2016, com a participação de cientistas da Áustria e França, eles confirmaram essa teoria experimentalmente em artigo publicado na revista “Nature”. O experimento propõe um sistema que processa a luz diretamente, sem passar pelo circuito elétrico.

O trabalho atual faz parte da mesma linha de pesquisa, que objetiva controlar e manipular a luz através de singularidades. Com os novos resultados, seria possível termos computadores ópticos e outros dispositivos muito mais velozes do que os já existentes, acrescenta Mailybaev.

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