Fóton: pela 1ª vez cientistas mostram a possível forma da partícula de luz

Cientistas da Universidade de Birmingham conseguiram um feito inédito e impressionante na ciência: registraram a imagem de um fóton, partícula que compõe a luz, revelando uma forma de limão. A novidade, publicada na revista científica Physical Review Letters, aconteceu graças a truques matemáticos complexos, envolvendo até mesmo números imaginários.

A luz é misteriosa, mas a ciência já conhece sua natureza quântica — há pelo menos cem anos de experimentos mostrando que ela se comporta tanto como partícula quanto como onda. Apesar disso, o conhecimento sobre ela é bastante limitado, já que a criação e emissão de fótons, por exemplo, é misteriosa, bem como suas alterações pelo tempo e espaço.

A luz e suas infinitas possibilidades

Como a luz é complexa, a resposta para perguntas como essas, sobre sua interação com a matéria, envolve possibilidades quase ilimitadas. Um fóton, segundo os cientistas, é uma excitação fundamental em um campo eletromagnético. Esses campos são um contínuo de diferentes frequências, uma linha ondulada, onde cada frequência (ou ondulação) pode ser excitada.

Mesmo que quebremos o contínuo em partes menores entre 2 pontos, ainda há um número infinito de possibilidades a serem trabalhadas. Como calcular isso, já que é uma matemática pesadíssima? Ao invés de resolver um número infinito de equações, os cientistas foram mais inteligentes — eles usaram números imaginários.

Número imaginários são múltiplos da raiz quadrada impossível de -1. Com eles, é possível cancelar simultaneamente vários componentes na equação, e, para que o cálculo funcione, basta conseguir convertê-los de volta em números reais antes de chegar à solução. Isso facilitou muito o cálculo, sendo possível colocar a equação em um computador e resolvê-la.

Com isso, foram calculadas as propriedades de um fóton emitido da superfície de uma nanopartícula, descrevendo as interações com o emissor e mostrando como o fóton se propagava a partir da fonte. Isso permitiu criar a imagem da partícula de luz, que tem o formato de um limão, algo inédito na física. Os cientistas, no entanto, avisam que esse é apenas um dos possíveis formatos de um fóton.

Chips fotônicos já são usados por instituições como a Caltech, e, com a descoberta, será mais fácil mexer com eles (Imagem: Reprodução/Caltech)

O formato de cada fóton varia de acordo com o ambiente — e esse é o ponto da nanofotônica, campo que estuda o ambiente e suas interações com os fótons.

Os cálculos abrem um caminho importante para a física, podendo ajudar químicos e biólogos com seus estudos no futuro. A princípio, já são imaginados avanços com dispositivos optoeletrônicos, fotoquímica, painéis fotovoltaicos, entendimento da fotossíntese, biossensores e comunicação quântica, mas há muito mais a ser feito a partir do avanço.

Fonte: canaltech.com.br

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Matheus Noleto

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