Pesquisadores da Caltech desenvolveram uma maneira de levitar e impulsionar objetos usando apenas luz, criando padrões específicos em nanoescala nas superfícies dos objetos.

Embora ainda teórico, o trabalho é um passo para o desenvolvimento de uma espaçonave que pode chegar ao planeta mais próximo fora de nosso sistema solar em 20 anos, alimentado e acelerado apenas pela luz.

Um artigo descrevendo a pesquisa aparece online na edição de 18 de março da revista. Nature Photonics . A pesquisa foi feita no laboratório de Harry Atwater, Howard Hughes Professor de Física Aplicada e Ciência dos Materiais na Divisão de Engenharia e Ciências Aplicadas da Caltech.

Décadas atrás, o desenvolvimento das chamadas pinças ópticas permitiu aos cientistas mover e manipular objetos minúsculos, como nanopartículas, usando a pressão radiativa de um feixe de luz laser nitidamente focalizado. Este trabalho serviu de base para o Prêmio Nobel de Física 2018. Contudo, pinças ópticas são capazes de manipular objetos muito pequenos e apenas em distâncias muito curtas.

Ognjen Ilic, bolsista de pós-doutorado e primeiro autor do estudo, dá uma analogia:"Pode-se levitar uma bola de pingue-pongue usando um fluxo constante de ar de um secador de cabelo. Mas não funcionaria se a bola de pingue-pongue fosse muito grande, ou se estivesse muito longe do secador de cabelo, e assim por diante."

Com esta nova pesquisa, objetos de muitas formas e tamanhos diferentes - de micrômetros a metros - podiam ser manipulados com um feixe de luz. A chave é criar padrões específicos em nanoescala na superfície de um objeto. Esta padronização interage com a luz de tal forma que o objeto pode se corrigir quando perturbado, criando um torque de restauração para mantê-lo no feixe de luz. Assim, em vez de exigir feixes de laser altamente focados, a padronização dos objetos é projetada para "codificar" sua própria estabilidade. A fonte de luz também pode estar a milhões de quilômetros de distância.

"Nós descobrimos um método que poderia levitar objetos macroscópicos, "diz Atwater, que também é o diretor do Joint Center for Artificial Photosynthesis. "Existe uma aplicação audaciosamente interessante para usar esta técnica como meio de propulsão de uma nova geração de espaçonaves. Estamos muito longe de realmente fazer isso, mas estamos testando os princípios. "

Em teoria, esta espaçonave poderia ser padronizada com estruturas em nanoescala e acelerada por uma luz laser baseada na Terra. Sem precisar transportar combustível, a espaçonave poderia atingir muito alto, até mesmo velocidades relativísticas e possivelmente viajar para outras estrelas.

Atwater também prevê que a tecnologia poderia ser usada aqui na Terra para permitir a fabricação rápida de objetos cada vez menores, como placas de circuito.

O artigo é intitulado "Levitação fotônica autoestabilizadora e propulsão de objetos macroscópicos nanoestruturados." O financiamento foi fornecido pelo Escritório de Pesquisa Científica da Força Aérea.