ARLA/CLUSTER: Instituições cientificas de Espanha e Estados Unidos descobrem uma nova propriedade da luz denominada auto-torque

[João Costa > CT1FBF]

 Uma equipe de pesquisadores liderada por cientistas espanhóis
observou uma nova propriedade da luz que no futuro poderia ter
aplicações no estudo e na manipulação dos menores entes da natureza
como átomos, proteínas, moléculas e vírus.

O achado acrescenta uma nova qualidade de luz que pode ser medida e
controlada. O laser é uma variante de luz amplificada e focalizada que
tem um enorme interesse científico e médico, pois é possível controlar
sua direção, intensidade e comprimento de onda. A nova descoberta se
concentra na capacidade de acelerar ou desacelerar a velocidade de
rotação de um feixe de luz, algo que os autores da descoberta
denominam “auto torque”, uma palavra emprestada do inglês.

“É uma nova propriedade que até agora não havia sido observada”,
explica Laura Rego, física óptica da Universidade de Salamanca e
primeira autora do estudo, publicado na prestigiosa revista Science e
destacado em sua capa.

Rego compara sua descoberta com um motorista que move as duas mãos em
diferentes sentidos para girar o volante. “Nós previmos teoricamente e
observamos de forma experimental que o mesmo é possível com feixes de
luz. Podemos mudar a velocidade de rotação, ou seja, mudar o momento
angular da luz, algo que até agora não havia sido feito”, explica esta
física óptica de 25 anos. É uma propriedade natural da luz. O feixe,
uma vez criado em condições corretas, tem a capacidade de acelerar ou
desacelerar sua rotação por si mesmo.

Há 30 anos foram desenvolvidos feixes de luz laser que se deslocam
girando ao redor de um ponto, uma espécie de tornado luminoso. Como um
redemoinho, esses feixes podem capturar moléculas e partículas com um
tamanho de bilionésimos de metro e fazê-las girar, o que permite
observá-las em três dimensões. No ano passado, o norte-americano
Arthur Ashkin ganhou o Prêmio Nobel de Física pelo desenvolvimento
dessas “ferramentas de luz” e sua aplicação ao mundo da biologia. Esse
tipo de luz também serve para armazenar e transmitir informações e
para o entrelaçamento quântico de partículas.

Até agora só puderam ser criados redemoinhos de luz com uma velocidade
de rotação constante. Rego, juntamente com seu colega Carlos
Hernández-García e seu chefe de grupo, Luis Plaja, todos da
Universidade de Salamanca, fizeram os cálculos teóricos que
demonstraram que essa velocidade pode ser variável. Com esses cálculos
em mãos, entraram em contato com cientistas do JILA, um dos principais
centros de pesquisa em física e fotônica dos Estados Unidos,
localizado na Universidade do Colorado (EUA). Lá existem as
instalações necessárias para desenvolver esse tipo de feixes de luz,
um equipamento com um custo de cerca de 2 milhões de euros, explica
Hernández-García. “Primeiro são criados feixes de luz laser
infravermelha focalizada intensamente sobre uma nuvem de gás. Ao
atravessá-la, os pulsos de laser são transformados em feixes com forma
de vórtice, com comprimento de onda próximo ao dos raios X e cuja
velocidade é variável ao longo do tempo”, explica.

“Por enquanto este achado não tem aplicações diretas para melhorar os
telemóveis ou o armazenamento de memória, mas é uma boa ferramenta
para estudar a dinâmica eletrônica em tempos muito curtos que variam
de um quatrilhonésimo de segundo a um quintilhonésimo de segundo. São
os tempos mais curtos em que se pode fazer ciência com luz. Isso nos
dá um novo grau de liberdade, pois incluímos a possibilidade de
controlar o fator tempo”, enfatiza.

“É uma descoberta física fundamental”, diz o biofísico Ricardo Arias
González, introdutor na Espanha das pinças ópticas com aplicações
biológicas. “É algo que se esperava, eles demonstram isso e dão a
receita para consegui-lo”, ressalta.

É relativamente habitual que os físicos que trabalham nesse campo não
saibam prever as aplicações de seus achados. “Atkins descobriu que era
possível fazer o aprisionamento quântico de átomos, mas até ser
aplicado a células e vírus, muitos anos depois, seu descobrimento
permaneceu quase oculto. Agora é a técnica mais importante para
manipular nanopartículas biológicas e estão sendo estudadas partículas
magnéticas controladas pela luz para gerar calor e destruir tumores ou
liberar fármacos. Existe todo um campo a ser explorado, mas requer
muito tempo de pesquisa”, destaca.

“Este trabalho tem implicações muito diferentes”, diz Juan José
García-Ripoll, do Instituto de Física Fundamental (CSIC). “A luz pode
exercer forças sobre partículas leves, como átomos e moléculas. Nesse
caso, a partícula seria muito sensível à estrutura do tornado ou
turbilhão de luz que construíram. Acontece também que moléculas e
átomos podem ser excitados pela ação desses pulsos de luz. O momento
angular, como se argumenta no artigo, pode servir para excitar
determinadas transições e não outras”, ressalta.

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New property of light discovered

A team of researchers affiliated with several institutions in Spain
and the U.S. has announced that they have discovered a new property of
light -- self-torque. Their findings have been published in the
journal Science. Phys.Org reports:

Scientists have long known about such properties of light as
wavelength. More recently, researchers have found that light can also
be twisted, a property called angular momentum. Beams with highly
structured angular momentum are said to have orbital angular momentum
(OAM), and are called vortex beams. They appear as a helix surrounding
a common center, and when they strike a flat surface, they appear as
doughnut-shaped. In this new effort, the researchers were working with
OAM beams when they found the light behaving in a way that had never
been seen before.

The experiments involved firing two lasers at a cloud of argon gas,
Doing so forced the beams to overlap, and they joined and were emitted
as a single beam from the other side of the argon cloud.
The result was a type of vortex beam.

The researchers then wondered what would happen if the lasers had
different orbital angular momentum and if they were slightly out of
sync. This resulted in a beam that looked like a corkscrew with a
gradually changing twist. And when the beam struck a flat surface, it
looked like a crescent moon. The researchers noted that looked at
another way, a single photon at the front of the beam was orbiting
around its center more slowly than a photon at the back of the beam.
The researchers promptly dubbed the new property self-torque -- and
not only is it a newly discovered property of light, it is also one
that has never even been predicted.

Their technique may be used to modulate the orbital angular momentum
of light in ways very similar to modulating frequencies in
communications equipment, leading to the development of novel devices
that make use of manipulating extremely tiny materials.

https://science.slashdot.org/story/19/06/29/0039231/new-property-of-light-discovered