Um grupo internacional de pesquisadores mediu o quanto um feixe de laser puxa a água através da qual brilha.
Como a luz constitui um fenômeno de onda eletromagnética, sabe-se que um feixe de laser que brilha através da água interage com ela por meio de um processo denominado eletrostrição, o que implica que a água seja comprimida em direção ao eixo do feixe de laser. Esse fenômeno é semelhante a apertar um tubo de pasta de dente; a pasta é empurrada para dentro, o que também a move ao longo do tubo, forçando a saída de um pouco de pasta de dente.

Agora, uma equipe internacional de pesquisadores mediu a densidade de força exercida pela luz do laser dentro de uma coluna de água ao passar por ela. "Esta é a primeira vez que a densidade de força exercida pela luz na matéria foi medida; experimentos anteriores apenas mediram as forças na interface de diferentes materiais, ou as forças resultantes exercidas em pequenas partículas", diz Nelson Astrath, da Universidade Estadual de Maringá.

A mesma analogia ajuda a explicar como os pesquisadores conseguiram medir a pequena força exercida pela luz. Ao fechar as extremidades do tubo cheio de água com placas de vidro, eles efetivamente colocam a tampa de volta no tubo de pasta de dente. “Dessa forma, a compressão transitória não poderia mais forçar a água para fora ao longo do caminho do laser, tornando as ondas elásticas geradas por eletrostrição que se afastam do feixe de laser o efeito dominante”, diz Tomaž Požar, da Universidade de Ljubljana. Depois de medir as propriedades dessa onda, os pesquisadores puderam calcular as forças envolvidas.

Ondas elásticas presas entre as paredes da cubeta

Os experimentos, que foram realizados no Brasil, tiveram que controlar outras interações que poderiam anular esse efeito. "Por exemplo, os lasers também aquecem uma pequena quantidade de água por um breve momento, fazendo com que ela se expanda", disseram Mauro Baesso e Gabriel Flizikowski, da Universidade Estadual de Maringá. Para evitar isso, a equipe teve que usar água ultrapura, sem nada que pudesse aquecer absorvendo mais energia eletromagnética do que a própria água pura. O comprimento de onda do laser também foi cuidadosamente controlado para minimizar a absorção.

"A eletrostrição implica o agrupamento dos átomos mais próximos uns dos outros, aumentando a densidade. Essa constrição é o oposto da expansão térmica que normalmente segue a absorção eletromagnética à temperatura ambiente. absorção", diz Mikko Partanen da Universidade de Aalto.

"Forças ópticas de volume e limite no líquido podem ser observadas no sinal óptico convoluto devido à distribuição de pressão espaço-temporal resultante. A perturbação da pressão está relacionada à compressibilidade, significando assim a força de Helmholtz de eletrostrição. Essa força tem sido historicamente difícil de medir e modelar com precisão ", diz Iver Brevik, da Universidade Norueguesa de Ciência e Tecnologia. “Também somos capazes de distinguir entre os efeitos térmicos induzidos por radiação e os efeitos não lineares de Kerr, portanto, consideramos essas descobertas uma importante contribuição para experimentos de perturbação de pressão induzida por luz em fluidos dielétricos”, diz Daniel Razansky, da Universidade de Zurique e ETH Zurich. .

"O experimento é um salto significativo na formulação de uma teoria exata da força óptica dependente do tempo e da posição, que é teórica e experimentalmente verificada de maneira inequívoca. Em particular, o experimento verifica quantitativamente o componente axial da densidade da força óptica para um O que ainda precisa ser experimentado é a medição do componente de força longitudinal", diz Stephen Bialkowski, da Utah State University.

Além dos experimentos, os pesquisadores produziram um modelo teórico para explicar seus resultados. “Mais trabalho é necessário para entender adequadamente os diferentes aspectos do modelo do ponto de vista da teoria da relatividade especial”, acrescentaram Bruno Anghinoni e Luis Malacarne.

O estudo expande as descobertas do vencedor do Prêmio Nobel Arthur Ashkin, que ele usou para desenvolver pinças ópticas para manipular pequenas partículas de matéria com luz. "A nova pesquisa promove nossa compreensão de como um campo óptico produzido pelas pinças afeta a matéria deformável que está sendo manipulada", acrescentaram Nelson Astrath e Tomaž Požar.

"A pesquisa pode ser empregada em biologia ou medicina, entre outras aplicações potenciais. Se a eletrostrição óptica pode ser usada para controlar as propriedades mecânicas da matéria, ela pode ser utilizada em sistemas microeletromecânicos ópticos", diz Jukka Tulkki, da Universidade de Aalto.

O estudo, "Desvendando forças de radiação em massa e superfície em um líquido dielétrico", foi publicado em Light:Science &Applications . + Explorar mais

Quando a luz perde simetria, ela pode conter partículas