Descoberta nova propriedade da luz

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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 (8,7 milhões de reais), 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 telefones celulares 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.