Como fazer luz laser surgir do nada

Energia

Redação do Site Inovação Tecnológica - 09/06/2025

Laser que emerge do nada

Desde os primeiros anos deste s?culo, f?sicos conseguiram demonstrar experimentalmente que ? poss?vel gerar luz a partir do "nada", onde o "nada" recebe o nome t?cnico de v?cuo qu?ntico.

O v?cuo qu?ntico ? o que resta quando voc? extrai todas as part?culas de um local, at? o ?ltimo ?tomo. Contudo, isso n?o ser? o "nada". Nesse estado com a menor energia poss?vel, restar? uma esp?cie de sopa de campos e ondas de todas as frequ?ncias, o que inclui as for?as eletromagn?ticas, mas tamb?m as ondas que representam as part?culas. Nessa sopa muito concreta, part?culas virtuais saltam continuamente entre a exist?ncia e a inexist?ncia.

? por isso que os f?sicos afirmam que a mat?ria ? resultado das flutua??es do v?cuo qu?ntico. Para provar isto, os experimentos mais simples envolvem uma esp?cie de "raquete" r?pida o suficiente para acertar uma dessas part?culas virtuais quando ela emerge na exist?ncia, e ent?o arremess?-la para fora, tipicamente gerando um f?ton de luz que pode ser detectado - como voc? pode imaginar, a raquete ? na verdade um espelho.

Funciona, e n?o se limita a gerar luz a partir do v?cuo: ? poss?vel tamb?m criar antimat?ria desse "nada" e, produzindo uma sopa de luz e mat?ria, equivalente ? sopa primordial de quarks e gl?ons criada logo ap?s o Big Bang, ? poss?vel entender a origem da mat?ria no Universo.

Mistura de quatro ondas no v?cuo

Agora, Zixin Zhang e colegas das universidades de Oxford, no Reino Unido, e Lisboa, em Portugal, demonstraram uma configura??o experimental que permitir? criar luz laser a partir do v?cuo qu?ntico.

Ao simular em computador como a luz interage com o v?cuo qu?ntico, eles chegaram a uma configura??o na qual tr?s feixes de laser de alta pot?ncia, dirigidos para um ?nico ponto, v?o interagir com o v?cuo qu?ntico, alterando-o de tal maneira que "do nada" emergir? um quarto feixe de laser - sem espelhos, sem meio de ganho, sem cavidade ressonante e nem qualquer outro aparato material.

? um fen?meno bizarro, mas que j? havia sido previsto pela f?sica qu?ntica, conhecido como mistura de quatro ondas no v?cuo. A teoria afirma que o campo eletromagn?tico combinado dos tr?s pulsos de laser focalizados pode polarizar os pares virtuais de el?trons (mat?ria) e p?sitrons (antimat?ria) do v?cuo, fazendo com que os f?tons ricocheteiem uns nos outros como bolas de bilhar, gerando um quarto feixe de laser, em um processo que essencialmente gera de luz a partir da escurid?o.

J? seria interessante o bastante como curiosidade, mas esses eventos podem atuar como uma sonda para novas f?sicas em intensidades extremamente altas, como as presentes nos eventos cosmol?gicos, ou na escala oposta, checando a exist?ncia de novos tipos de part?culas.

"Esta n?o ? apenas uma curiosidade acad?mica - ? um grande passo em dire??o ? confirma??o experimental de efeitos qu?nticos que at? agora eram principalmente te?ricos," destacou o professor Peter Norreys.

Agora ? testar de verdade

O trabalho da equipe abre caminho para que instala??es de laser do mundo real confirmem experimentalmente o fen?meno de gera??o do laser a partir do v?cuo.

"Nosso programa de computador nos oferece uma janela tridimensional, com resolu??o temporal, para intera??es qu?nticas no v?cuo que antes estavam fora de alcance. Ao aplicar nosso modelo a um experimento de espalhamento de tr?s feixes, conseguimos capturar toda a gama de assinaturas qu?nticas, juntamente com insights detalhados sobre a regi?o de intera??o e as principais escalas de tempo. Ap?s realizar um benchmarking completo da simula??o, podemos agora voltar nossa aten??o para cen?rios mais complexos e explorat?rios, incluindo estruturas ex?ticas de feixes de laser e pulsos de foco voador," disse Zhang.

E esse roteiro para a experimenta??o vem a calhar, em um momento que uma nova gera??o de lasers de pot?ncia in?dita come?am a operar, dizem os pesquisadores. Instala??es como o Vulcan 20-20 do Reino Unido, o projeto europeu ELI (Extreme Light Infrastructure) e as instala??es chinesas SEL (Station for Extreme Light) e SHINE ser?o capazes de fornecer n?veis de pot?ncia altos o suficiente para testar o espalhamento f?ton-f?ton descrito agora pela equipe - o espalhamento f?ton-f?ton tamb?m j? foi selecionado como um dos tr?s experimentos cruciais a serem feitos na instala??o de laser de feixe duplo OPAL, de 25 PW, da Universidade de Rochester, nos Estados Unidos.

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