Minúsculas partículas presas pela luz poderiam funcionar como espelhos gigantes!

Por Paula Borges Monteiro

Utilizar a luz para manipular objetos ou pessoasé um tema que já foi e ainda é bem explorado em ficção científica. Podemos citar clássicos como “Contatos Imediatos do Terceiro Grau” e “E.T. o Extraterrestre”, com humanos ou extraterrestres sendo levados ao interior de naves espaciais através de feixes de luz. No filme Star Wars, temos o raio trator, um feixe de luz usado para capturar e dirigir naves espaciais.

Na vida real, o campo de manipulação de objetos utilizando luz vem sendo desenvolvido há algum tempo, porém em escala bem menor. É possível, por exemplo, aprisionar e mover um glóbulo vermelho do sangue, entre outros tipos de célula. Além da grande importância para os estudos de biologia celular, essa técnica permite ilimitadas aplicações na medicina e em nanociência. Nesse sentido podemos concordar com Oscar Wilde, “a vida imita a arte muito mais que a arte imita a vida …”

Em pesquisa publicada no periódico Physical Review Letters em janeiro de 2014 e, em seguida, apresentado na seção News & Views da revista científica Nature, Tomasz M. Grzegorczyk, Johann Rohner e Jean-Marc Fournier mostram que é possível criar um espelho gigante através da prisão de pequenas porções de matéria pela luz. Espelhos gigantes são fundamentais para o funcionamento dos telescópios espaciais, instrumentos utilizados para observar e medir estrelas, planetas, galáxias, etc. Devemos lembrar que esses telescópios são construídos na terra e devem ser levados ao espaço. Atualmente, existe a limitação do quão grande e pesado esse telescópio espacial pode ser para tornar seu envio ao espaço uma tarefa possível.

Há 35 anos atrás, o astrônomo Antoine Labyrie apresentou a proposta teórica de um espelho que pudesse ser mantido no espaço através de dois feixes de luz, um em direção ao outro. Este espelho seria uma fina camada de matéria que pudesse ser aprisionada pela luz. Em 13 de janeiro deste ano, os três pesquisadores, que trabalham em Lausanne na Suiça e em Massachusetts nos Estados Unidos, apresentaram o experimento onde realmente partículas são aprisionadas pela luz e a interação entre elas permite refletir a imagem de um objeto. Mais importante do que confirmar uma previsão feita há décadas atrás, a realização prática de tal espelho é alcançada com apenas um feixe de luz!

Cerca de 150 partículas de poliestireno, um tipo de plástico, são colocadas em uma microcâmara de vidro preenchida de água. Cada partícula tem o tamanho aproximado de três micrômetros (uma cabeça de alfinete tem aproximadamente 1000 micrômetros). Quando o feixe de luz, devidamente preparado, ilumina o conjunto de partículas, elas unem-se formando uma película que pode manter-se estável por horas. Essa técnica é chamada de ligação óptica. A película formada comporta-se como um espelho (no trabalho, os cientistas apresentam a imagem do número 8 de uma régua transparente). Essa demonstração experimental é um grande passo para a construção de espelhos espaciais ultraleves. Um espelho com 0,1 micrômetro de espessura e 35 metros de diâmetro teria apenas 100 gramas de massa. Os telescópios seriam mais leves e o tamanho da espaçonave necessário para levá-los ao espaço seria reduzido, diminuindo inclusive custos. Ligar partículas, utilizando feixes de luz, ainda tem a vantagem de que o espelho poderia se auto-organizar caso fosse atingido por algum corpo espacial.

A pesquisa aqui apresentada não oferece a solução completa para o problema, mas propõe dois avanços fundamentais, as membranas podem ser criadas e podem ser usadas como espelho, mesmo que, na prática, os resultados ainda sejam possíveis apenas no ambiente controlado de um laboratório. Criar, manter o espelho no espaço e entender suas propriedades ainda são desafios que precisam ser vencidos. Os desafios incluem, além da estabilidade durante um longo período de tempo, um outro fator importante: como lidar com o aquecimento das partículas do espelho. No experimento, o calor produzido é diminuído pelo fato das partículas estarem mergulhadas em água, mas no espaço, é provável que o aquecimento atrapalhe a ligação entre elas. Para isso, novas áreas de manipulação usando luz devem ser exploradas, especialmente no campo de pesquisa que vem crescendo a cada dia: captura através da luz de partículas no vácuo.

O título original do trabalho é Optical Mirror from Laser-Trapped Mesoscopic Particles e seu resumo pode ser acessado clicando aqui.

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