Pressão que a luz exerce sobre a matéria é medida pela primeira vez

Quanta pressão exerce a luz sobre a matéria com a qual interage? Este é um problema que perseguiu e confundiu cientistas durante quase 150 anos – e agora pode ter sido encontrada uma solução. Uma equipe de físicos desenvolveu um método para medir o efeito de um fóton sobre a matéria.

Mesmo que um fóton não tenha massa, possui momentum – ou simplesmente momento físico –, que representa uma estrutura especial da relatividade. E este momentum exerce uma força.

Para entender o fenômeno, temos que recuar até 1619, quando a pressão exercida pela luz foi formulada como hipótese.

No seu tratado De Cometi, o matemático e astrônomo alemão Johannes Kepler – figura chave da revolução científica no século XVII – destacou que a luz do Sol exercia uma determinada pressão e esta era a razão pela qual a cauda de um cometa sempre se afastava do Sol.

Só mais tarde, em 1873 é que o físico escocês James Clerk Maxwell formulou que a pressão da luz estava ligada ao momentum, no seu trabalho intitulado Um Tratado sobre Eletricidade e Magnetismo.

Clerk Maxwell, cujo trabalho forneceu bases críticas para o trabalho de Einstein sobre a relatividade – supôs que a luz é uma forma de radiação eletromagnética que carrega o momentum e, portanto, exerce pressão.

Contudo o momentum – e, consequentemente, a pressão da radiação de um fóton – é infinitamente pequeno, sendo assim extremamente complicado medi-lo diretamente.

“Até o momento, não tínhamos determinado como este momentum é convertido em uma força ou um movimento”, explicou o engenheiro Kenneth Chau, da University of British Columbia Okanagan Campus, no Canadá.

“Como a quantidade de momentum transportada pela luz é muito pequena, não tínhamos equipamentos sensíveis o suficiente para resolver a questão”, sustentou.

Nossas capacidades tecnológicas atuais ainda não são sensíveis o suficiente para detectar diretamente o momentum de um fóton. No entanto, Chau e sua equipe de cientistas do Brasil e da Eslovênia, descobriram uma forma de avaliar os efeitos fenômeno.

A equipe desenvolveu um dispositivo completamente isolado, de forma a impedir que a experiência recebesse interferências externas, que dispara feixes de luz sobre um espelho.

Quando os pesquisadores disparam pulsos de laser para o espelho, são enviadas ondas elásticas que se movem através da superfície. Estes movimentos são detectados e medidos pelos sensores acústicos de alta sensibilidade – ou seja, faz-se a medição da pressão dos fótons indiretamente.

“Não podemos medir diretamente o momentum do fóton. Por isso, nossa abordagem incidiu em detectar seu efeito em um espelho, ‘ouvindo’ as ondas elásticas que o atravessaram”, afirmou Chau.

“Conseguimos rastrear as características destas ondas que vêm do momentum que está no próprio pulso de luz, o que abre as portas para finalmente definir e modelar como a luz do momentum existe dentro dos materiais”, prosseguiu.

Aplicações práticas

A descoberta, publicada nesta terça-feira (21) na Nature, não só é incrível para a ciência – pode mesmo ter importantes aplicações práticas imediatas.

A primeira aplicação passa por melhorar a tecnologia das velas solares, um dos métodos de propulsão mais promissores para enviar sondas ao espaço. Poderia também permitir criar melhores pinças óticas, um método de capturar e manipular partículas incrivelmente pequenas – até a escala de um único átomo.

“Ainda não chegamos lá”, concluiu Chau, mas “a descoberta deste estudo é um passo importante e estou animado para ver até onde nos leva”, concluiu.

Ciberia // ZAP

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