Físicos combinaram lasers e espelhos para ouvirem a luz

Jeff Keyzer/Wikimedia

A ideia de que a luz exerce força sobre a matéria não é nova, mas a natureza exata de como a luz interage com a matéria permaneceu um mistério durante muitos anos… até hoje.

Os cientistas sabem há algum tempo que a luz tem impulso e a ideia de que a luz exerce força sobre a matéria não é nova. No entanto, como esse momento é muito rápido, nenhuma experiência conseguiu observar exatamente de que forma esse fenómeno afeta a matéria.

Em busca de novas respostas, um grupo internacional de cientistas centrou as suas atenções em espelhos num recente estudo, cujo artigo científico foi publicado este mês na Nature Communications.

“O espelho diz sempre a verdade”, escreveu Tomaž Požar, principal autor do estudo e professor assistente no departamento de engenharia mecânica da Universidade de Ljubljana, na Eslovénia, numa analogia lúdica referindo-se a “Branca de Neve e os Sete Anões”.

Não, a equipa de Požar não falou com o espelho, mas ouviu atentamente a forma como reagiu quando foi atingido por um raio de luz. Os cientistas colocaram sensores acústicos, que funcionam de forma semelhante a um um ultrassom médico, a um espelho equipado com um protetor térmico.

Depois de prepararem devidamente todo o equipamento, a equipa lançou feixes de laser no espelho e, através dos sensores acústicos, conseguiram ouvir as ondas criadas quando a luz atingiu a superfície. “É como um martelo destruído pela luz”, descreveu Požar.

Estas ondas minúsculas causavam “sons” ou pequenos movimentos entre os átomos do espelho. O mais pequeno deslocamento encontrado foi de cerca de 40 femtómetros, ou seja, cerca de quatro vezes o tamanho do núcleo de um átomo.

Este novo método permitiu observar a forma como a força da luz é distribuída por todo o material. Apesar de experiências anteriores sustentarem que a luz move a matéria depositando o momento em diferentes ondas elásticas, agora há evidências experimentais de que isso acontece realmente.

Johannes Kepler, astrónomo e matemático alemão, foi o primeiro a propor, em 1619, que a pressão exercida pela luz do Sol poderia ser a responsável pelo desvio na cauda de um cometa. Mais tarde, em 1873, o físico escocês James Clerk Maxwell propôs que a pressão exercida pela radiação seria o resultado do momento intrínseco dos campos eletromagnéticos da luz.

“Todos concordam com as equações de eletromagnetismo de Maxwell” e com as leis que dizem que o momento e a energia são conservadas, afirmou Požar. Mas os cientistas têm as suas próprias opiniões sobre como a força da luz é distribuída pela matéria.

Um exemplo famoso é a controvérsia de Abraham-Minkowski, uma discussão entre o físico alemão Max Abraham e o matemático alemão Hermann Minkowski. Abraham sugeriu que o momentum de um fotão deveria estar inversamente relacionado com o “índice de refração”, um número que descreve como é que a luz viaja através de um material. Já Minkowski sugeriu que deveriam estar diretamente relacionados.

Embora este novo estudo não tenha determinado qual hipótese correta, os cientistas esperam ajustar e usar este procedimento experimental em líquidos e outros materiais para descobrir.

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