Luz muda de velocidade sem quebrar leis da física

Com informações da APS - 28/05/2021

Há uma expectativa de que os eventos acima da velocidade da luz unifiquem a Física Quântica e a Relatividade.
[Imagem: Pete Linforth/Pixabay]

Velocidade da luz

A luz tem um limite de velocidade estrito: 299.792.458 metros por segundo (m/s) no vácuo, normalmente arredondados para 300.000 km/s.

Mas, sob certas condições, esse limite pode ser quebrado para pulsos de luz individuais. Vários experimentos já mostraram a luz viajando acima e abaixo do seu limite de velocidade em vários meios, de gases atômicos ultrafrios às comuns fibras ópticas - de fato, já se acredita ser possível transferir informações acima da velocidade da luz.

Clément Goyon e colegas do Laboratório Nacional Lawrence Livermore, nos EUA, demonstraram agora como ajustar a velocidade da luz em um plasma, gerando uma larga mudança de velocidade da luz.

Eles afirmam que, longe de uma mera curiosidade, a técnica pode ajudar a melhorar o controle sobre os experimentos de fusão nuclear e permitir a construção de lasers de plasma de alta potência.

Superando a velocidade da luz

A velocidade na qual os pulsos de luz passam através de um material pode diferir muito da velocidade que a luz viaja no vácuo, o famoso valor "c" nas fórmulas de física.

Essa velocidade, chamada de velocidade de grupo, pode ser maior ou menor do que c, e influencia como a forma de um pulso de luz se espalha e distorce conforme se move através de um material - os físicos também chamam essas manipulações dos fótons de "foco voador".

Para sua demonstração, Goyon primeiro criou um plasma de hidrogênio e hélio ionizando um jato dos dois gases com um feixe de laser polarizado. Ele então dirigiu um segundo feixe de laser para o plasma.

No ponto onde os caminhos dos dois feixes se cruzam, o componente horizontal do segundo laser desacelera em resposta a uma mudança no índice de refração do plasma. Essa desaceleração vem das interações entre os dois lasers e o plasma, do mesmo modo que a luz muda de velocidade ao sair do ar e entrar em um copo com água.

Medindo o retardo entre os componentes horizontal e vertical do segundo pulso de laser, a equipe confirmou que eles tinham velocidades diferentes.

O curioso, porém, foi que, ao justar a diferença de frequência entre os dois feixes, a equipe descobriu que pode ajustar a velocidade da luz.

Em seus experimentos, eles conseguiram fazer a velocidade da luz variar de 0,995c até entre 0,12c e -0,34c, indicando que o pico do pulso viajou mais rápido e mais lento do que c.

• Luz com acelerador e breque vai acima ou abaixo da velocidade da luz

Bibliografia:

Artigo: Slow and Fast Light in Plasma Using Optical Wave Mixing
Autores: C. Goyon, M. R. Edwards, T. Chapman, L. Divol, N. Lemos, G. J. Williams, D. A. Mariscal, D. Turnbull, A. M. Hansen, P. Miche
Revista: Physical Review Letters
Vol.: 126, 205001
DOI: 10.1103/PhysRevLett.126.205001