Cientistas criam onda de luz que consegue atravessar até objetos sólidos

O comportamento da luz pode dizer aos cientistas várias coisas. Como por exemplo, a certeza de que o açúcar não é transparente. Isso porque a luz que o penetra é espalhada, alterada e desviada de uma forma bem complicada.

Contudo, uma equipe de pesquisa da TU Wien, em Viena, e da Universidade de Utrecht, na Holanda, conseguiu mostrar que existe uma classe de ondas de luz bastante especiais que esse comportamento normal não se aplica. Nessa classe, os feixes de luz sob medida podem ser criados e praticamente não são alterados pelo meio que passam, apenas atenuados. O feixe de luz penetra no meio e um padrão de luz chega do outro lado com a mesma forma, como se o meio não estivesse lá.

Esse tipo de modos de luz invariantes de dispersão podem ser usados para examinar, especificamente, o interior dos objetos.

Formas de onda

As ondas na superfície da água podem ter um número infinito de formas diferentes. Assim como as ondas de luz também podem ser feita de várias formas diferentes. “Cada um desses padrões de ondas de luz é alterado e desviado de uma maneira muito específica quando você a envia através de um meio desordenado”, explicou o professor Stefan Rotter, do Instituto de Física Teórica da TU Wien.

Stefan e sua equipe está desenvolvendo métodos matemáticos para conseguir descrever os efeitos de dispersão de luz.  “Como meio de dispersão de luz, usamos uma camada de óxido de zinco, um pó branco opaco de nanopartículas completamente organizadas aleatoriamente”, explicou Allard Mosk, chefe do grupo experimental de pesquisa.

“Como pudemos mostrar, há uma classe muito especial de ondas de luz, os chamados modos de luz invariante de dispersão, que produzem exatamente o mesmo padrão de onda no detector, independentemente de a onda de luz ter sido enviada apenas pelo ar ou se teve que penetrar na complicada camada de óxido de zinco”, disse Rotter.

“No experimento, vemos que o óxido de zinco realmente não muda a forma dessas ondas de luz totalmente. Elas ficam um pouco mais fracas no geral”, ressaltou Mosk.

Experimento

E por mais raros e especiais que esses modos de luz invariantes sejam e tendo um número, teoricamente, ilimitado de possíveis ondas de luz, ainda se consegue encontrar muitas delas. E combinando vários desses modos de luz invariante em um arranjo certo, o resultado será uma forma de onda invariante de dispersão.

“Desta forma, pelo menos dentro de certos limites, você tem bastante liberdade para escolher qual imagem você quer enviar através do objeto sem interferência. Para o experimento, escolhemos uma constelação como exemplo: a Ursa Maior. E, de fato, foi possível determinar uma onda invariante que envia uma imagem da Ursa Maior para o detector, independentemente de a onda de luz estar espalhada pela camada de óxido de zinco ou não. Para o detector, o feixe de luz parece quase o mesmo em ambos os casos”, disse Jeroen Bosch, que trabalhou no experimento como um estudante de doutorado.

Observações

Esse método de encontrar padrões de luz que penetram em um objeto grande e imperturbável também pode ser usado para procedimentos de imagem.

“Em hospitais, os raios-X são usados para olhar dentro do corpo. Eles têm um comprimento de onda mais curto e, portanto, podem penetrar em nossa pele. Mas a forma como uma onda de luz penetra um objeto depende não apenas do comprimento de onda, mas também da forma de onda. Se você quer focar a luz dentro de um objeto em certos pontos, então nosso método abre possibilidades completamente novas. Conseguimos mostrar que, usando nossa abordagem, a distribuição de luz dentro da camada de óxido de zinco também pode ser especificamente controlada”, concluiu Matthias Kühmayer, que trabalha como doutorando em simulações de computador de propagação de ondas.