Cientistas que trabalham com pulsos de laser em fibras óticas conseguiram uma maneira engenhosa de driblar a Terceira Lei de Newton, a Lei da Ação e Reação, acelerando pulsos de luz pela simples interação com massa efetiva negativa e positiva.
Para quem esqueceu, a Terceira Lei de Newton afirma que cada ação tem uma reação correspondente, de mesma direção e intensidade, mas de sentido oposto. Em termos práticos, ela explica por que, quando uma bola de sinuca atinge outra bola, as duas se movimentam em direções opostas, ou o motivo pelo qual um foguete, ao ejetar gases quentes em uma direção em alta velocidade, acaba acelerando na direção oposta.
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Teoricamente, se uma das bolas tivesse massa negativa, o efeito da colisão seria diferente – as duas bolas seguiriam na mesma direção. Em um foguete, significaria que ele não precisaria ejetar gases quentes para fora para ser acelerado (ou, em outras palavras, não seria um foguete reativo, não precisaria de massa reativa), um conceito hipotético e altamente especulativo da NASA chamado de “motor diamétrico“.
O truque é conseguir essa massa negativa. Os físicos conseguiram alcançá-la usando algo que não tem massa (pelo menos não tem “massa de repouso“), os fótons. Se você introduzir fótons em um material que tenha camadas, como um cristal, alguns deles serão refletidos de volta por uma camada e depois novamente refletidos adiante por outra. Isto atrasa parte do pulso, fazendo com que o mesmo se propague mais lentamente pelo material.
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Se o material em questão baixa a velocidade do pulso proporcionalmente à sua energia, é como se ele tivesse uma massa, chamada de massa efetiva. Alterando a forma das ondas de luz e a estrutura do cristal, pode-se criar pulsos com uma massa efetiva negativa.
A ideia é interagir dois pulsos e luz, um com massa efetiva negativa e outro com massa efetiva positiva. Só que, para isto, seria necessário um cristal muito comprido, tão comprido que acabaria absorvendo a luz antes que qualquer efeito de motor diamétrico surgisse.
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E é aqui que entra em cena a engenhosidade do físico Ulf Peschel e sua equipe da Universidade de Erlangen-Nuremberg, na Alemanha. Em vez de usar um cristal enorme, Peschel criou uma série de pulsos em duas voltas de cabo de fibra ótica. Os pulsos são divididos entre as voltas em um ponto de contato, e a luz permanece se movendo dentro dos laços na mesma direção.
Para obter este resultado, a equipe usou laços de comprimentos diferentes, um deles ligeiramente maior que o outro. A cada volta, os pulsos do laço maior e do laço menor compartilham fótons um com o outro, e, depois de algumas voltas, começam a apresentar um padrão de interferência que lhes dá massa efetiva.
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A equipe criou pulsos com massa efetiva negativa e positiva. Quando os pulsos de massa oposta interagiam, eles aceleravam na mesma direção, passando por sensores um pouco mais adiantados a cada volta.
Se este conceito de massa efetiva puder ser transposto para elétrons em semicondutores, os laços podem ser usados para dar mais poder de processamento a computadores. Os laços também podem ser usados para aumentar a largura de banda em comunicações óticas ou criar telas de laser mais brilhantes. Mas não será fácil adaptá-los para usos práticos.
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