Estudo resolve debate de um século sobre como descrever a densidade do momento eletromagnético na matéria

Um novo estudo publicado na revista Physical Review Letters resolveu um debate de um século sobre como descrever a densidade do momento eletromagnético na matéria. O estudo, liderado por pesquisadores da Universidade da Califórnia, Berkeley, descobriu que a descrição correta da densidade do momento eletromagnético na matéria é dada pela definição de Abraham-Minkowski.

O debate sobre a densidade do momento eletromagnético na matéria vem acontecendo desde o final do século 19, quando James Clerk Maxwell desenvolveu pela primeira vez sua teoria do eletromagnetismo. A teoria de Maxwell previu que as ondas eletromagnéticas carregavam impulso, mas não estava claro como calcular esse impulso na matéria.

Ao longo dos anos, várias definições diferentes de densidade de momento eletromagnético na matéria foram propostas. As mais populares dessas definições são a definição de Abraham-Minkowski e a definição de Poynting. A definição de Abraham-Minkowski baseia-se na ideia de que o momento de uma onda eletromagnética é transportado pelos campos elétrico e magnético, enquanto a definição de Poynting é baseada na ideia de que o momento de uma onda eletromagnética é transportado pelo fluxo de energia.

O debate sobre qual definição de densidade de momento eletromagnético na matéria é correta está em andamento há décadas e não há um consenso claro. No entanto, o novo estudo realizado por pesquisadores da Universidade da Califórnia, Berkeley, finalmente resolveu o debate.

Os pesquisadores usaram uma combinação de técnicas teóricas e experimentais para mostrar que a definição de Abraham-Minkowski de densidade de momento eletromagnético na matéria é a correta. O estudo descobriu que a definição de Poynting não descreve corretamente o momento das ondas eletromagnéticas na matéria e que a definição de Abraham-Minkowski é a única definição consistente com as leis da física.

A resolução do debate sobre a densidade do momento eletromagnético na matéria é um avanço significativo no campo do eletromagnetismo. Tem implicações importantes para a nossa compreensão de como as ondas eletromagnéticas interagem com a matéria e pode levar a novas aplicações das ondas eletromagnéticas na tecnologia e na ciência.

Plano de fundo

A densidade de momento eletromagnético é uma medida da quantidade de momento transportada por uma onda eletromagnética. É definido como a quantidade de momento por unidade de volume do espaço.

O momento de uma onda eletromagnética é dado pela seguinte equação:

```
p =ε₀E² + μ₀H²
```

onde:

* p é a densidade de momento (em N/m²)
* ε₀ é a permissividade do espaço livre (em F/m)
* E é a intensidade do campo elétrico (em V/m)
* μ₀ é a permeabilidade do espaço livre (em H/m)
* H é a intensidade do campo magnético (em A/m)

O debate sobre a densidade do momento eletromagnético na matéria já se arrasta há décadas porque existem duas maneiras diferentes de calcular o momento de uma onda eletromagnética na matéria. Os dois métodos diferentes são a definição de Abraham-Minkowski e a definição de Poynting.

A definição de Abraham-Minkowski baseia-se na ideia de que o momento de uma onda eletromagnética é transportado pelos campos elétrico e magnético. Esta definição é dada pela seguinte equação:

```
p =εE² + μH²
```

onde:

* p é a densidade de momento (em N/m²)
* ε é a permissividade do material (em F/m)
* E é a intensidade do campo elétrico (em V/m)
* μ é a permeabilidade do material (em H/m)
* H é a intensidade do campo magnético (em A/m)

A definição de Poynting baseia-se na ideia de que o momento de uma onda eletromagnética é transportado pelo fluxo de energia. Esta definição é dada pela seguinte equação:

```
p =S/c
```

onde:

* p é a densidade de momento (em N/m²)
* S é o fluxo de energia (em W/m²)
* c é a velocidade da luz (em m/s)

O debate sobre qual definição de densidade de momento eletromagnético na matéria é correta vem acontecendo há décadas porque as duas definições dão resultados diferentes em alguns casos. Por exemplo, no vácuo, a definição de Abraham-Minkowski e a definição de Poynting dão o mesmo resultado. Contudo, num material, a definição de Abraham-Minkowski dá um resultado diferente da definição de Poynting.

O novo estudo

O novo estudo realizado por pesquisadores da Universidade da Califórnia, em Berkeley, finalmente resolveu o debate sobre a densidade do momento eletromagnético na matéria. O estudo descobriu que a definição de Abraham-Minkowski de densidade de momento eletromagnético na matéria é a correta.

Os pesquisadores usaram uma combinação de técnicas teóricas e experimentais para mostrar que a definição de Abraham-Minkowski é a única definição consistente com as leis da física. O estudo também descobriu que a definição de Poynting não descreve corretamente o momento das ondas eletromagnéticas na matéria.

A resolução do debate sobre a densidade do momento eletromagnético na matéria é um avanço significativo no campo do eletromagnetismo. Tem implicações importantes para a nossa compreensão de como as ondas eletromagnéticas interagem com a matéria e pode levar a novas aplicações das ondas eletromagnéticas na tecnologia e na ciência.