Ao direcionar um laser ao longo da concha interna de uma lâmpada incandescente, os físicos realizaram a primeira demonstração experimental de um feixe de luz em aceleração no espaço curvo. Em vez de se mover ao longo de uma trajetória geodésica (o caminho mais curto em uma superfície curva), o feixe de aceleração se desvia da trajetória geodésica como resultado de sua aceleração.

Anteriormente, feixes de luz acelerados foram demonstrados em superfícies planas, em que sua aceleração os faz seguir trajetórias curvas em vez de linhas retas. Estender feixes de aceleração para superfícies curvas abre as portas para possibilidades adicionais, como emular fenômenos da relatividade geral (por exemplo, lentes gravitacionais) com dispositivos ópticos no laboratório.

Os físicos, Anatoly Patsyk, Miguel A. Bandres, e Mordechai Segev no Technion - Instituto de Tecnologia de Israel, junto com Rivka Bekenstein na Harvard University e no Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics, publicaram um artigo sobre os feixes de luz em aceleração no espaço curvo em uma edição recente da Revisão Física X .

“Este trabalho abre as portas para uma nova via de estudo no campo dos feixes aceleradores, "Patsyk disse Phys.org . "Até agora, os feixes de aceleração foram estudados apenas em um meio com geometria plana, como espaço livre plano ou guias de ondas de laje. No trabalho atual, feixes ópticos seguem trajetórias curvas em um meio curvo. "

Em seus experimentos, os pesquisadores primeiro transformaram um feixe de laser comum em um de aceleração refletindo o feixe de laser de um modulador de luz espacial. Como os cientistas explicam, isso imprime uma frente de onda específica no feixe. O feixe resultante acelera e preserva a forma, o que significa que não se espalha enquanto se propaga em um meio curvo, como feixes de luz comuns fariam. O feixe de luz em aceleração é então lançado na concha de uma lâmpada incandescente, que foi pintado para espalhar a luz e tornar a propagação do feixe visível.

Ao mover-se ao longo do interior da lâmpada, o feixe de aceleração segue uma trajetória que se desvia da linha geodésica. Para comparação, os pesquisadores também lançaram um feixe não-acelerador dentro da carcaça da lâmpada, e observou que aquele feixe segue a linha geodésica. Ao medir a diferença entre essas duas trajetórias, os pesquisadores puderam determinar a aceleração do feixe de aceleração.

Considerando que a trajetória de um feixe de aceleração em uma superfície plana é determinada inteiramente pela largura do feixe, o novo estudo mostra que a trajetória de um feixe em aceleração em uma superfície esférica é determinada tanto pela largura do feixe quanto pela curvatura da superfície. Como resultado, um feixe de aceleração pode mudar sua trajetória, bem como focar e desfocar periodicamente, devido à curvatura.

A capacidade de acelerar feixes de luz ao longo de superfícies curvas tem uma variedade de aplicações potenciais, um dos quais é emular fenômenos da relatividade geral.

"As equações da relatividade geral de Einstein determinam, entre outras questões, a evolução das ondas eletromagnéticas no espaço curvo, "Patsyk disse." Acontece que a evolução das ondas eletromagnéticas no espaço curvo de acordo com as equações de Einstein é equivalente à propagação das ondas eletromagnéticas em um meio material descrito pelas suscetibilidades elétricas e magnéticas que podem variar no espaço. Esta é a base para emular numerosos fenômenos conhecidos da relatividade geral pelas ondas eletromagnéticas que se propagam em um meio material, dando origem aos efeitos de emulação, como lentes gravitacionais e anéis de Einstein, desvio gravitacional para o azul ou desvio para o vermelho, que estudamos no passado, e muito mais."

Os resultados também podem oferecer uma nova técnica para controlar nanopartículas em vasos sanguíneos, microcanais, e outras configurações curvas. Os feixes plasmônicos de aceleração (que são feitos de oscilações de plasma em vez de luz) poderiam ser usados ​​para transferir energia de uma área para outra em uma superfície curva. Os pesquisadores planejam explorar ainda mais essas possibilidades e outras no futuro.

"Estamos agora investigando a propagação da luz dentro das membranas curvas mais finas possíveis - bolhas de sabão de espessura molecular, "Patsyk disse." Também estamos estudando fenômenos de ondas lineares e não lineares, onde o feixe de laser afeta a espessura da membrana e em troca a membrana afeta o feixe de luz que se propaga dentro dela. "

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