Os cientistas manipularam a luz para se comportar como se fosse afetada pela gravidade usando cristais fotônicos deformáveis, abrindo avanços na óptica e nas comunicações 6G.
Manipulando o comportamento da luz com falsa gravidade
Um grupo colaborativo de pesquisadores manipulou o comportamento da luz como se estivesse sob a influência da gravidade. Os resultados foram publicados na revista Revisão física a em 28 de setembro de 2023, terá implicações de longo alcance para o mundo da óptica e da ciência dos materiais e terá importância no desenvolvimento das comunicações 6G.
Imagem conceitual de cristal fotônico deformável e cristal fotônico. Crédito: K. Kitamura et al.
Teoria de Einstein e falsa gravidade
A teoria da relatividade de Albert Einstein provou há muito tempo que o caminho das ondas eletromagnéticas – incluindo ondas eletromagnéticas de luz e terahertz – pode ser desviado por campos gravitacionais. Os cientistas previram recentemente teoricamente que a replicação dos efeitos da gravidade – isto é, da pseudogravidade – é possível deformando os cristais na região de baixa energia (ou frequência).
“Queremos explorar se a distorção da rede em cristais fotônicos poderia produzir efeitos pseudo-gravitacionais”, disse a professora Kyoko Kitamura, da Escola de Pós-Graduação em Engenharia da Universidade de Tohoku.
Configuração experimental e resultados de simulação do caminho do feixe em DPC. Crédito: © K. Kitamura et al.
O papel dos cristais fotônicos
Os cristais fotônicos têm propriedades únicas que permitem aos cientistas manipular e controlar o comportamento da luz, agindo como “controladores de tráfego” da luz dentro dos cristais. Eles são construídos organizando periodicamente dois ou mais materiais diferentes com habilidades variadas para interagir e desacelerar a luz em um padrão regular e repetitivo. Além disso, efeitos de pseudogravidade resultantes de alterações adiabáticas foram observados em cristais fotônicos.
Kitamura e seus colegas modificaram os cristais fotônicos introduzindo a distorção de rede: uma distorção gradual dos espaços regulares entre os elementos, interrompendo o padrão de rede dos cristais de prótons. Isso manipulou a estrutura da faixa de luz dos cristais, resultando em um caminho de feixe curvo no meio – assim como um feixe de luz passando por um corpo celeste massivo como Buraco negro.
Os resultados experimentais, com a diferença de transmissão entre as portas B e C, mostram claramente a flexão do feixe no DPC. Crédito: K. Kitamura et al.
Detalhes do experimento e suas implicações
Especificamente, em seu experimento, os cientistas usaram um cristal fotônico de silício deformável com uma constante de rede elementar de 200 micrômetros e ondas terahertz. Experimentos demonstraram com sucesso a deflexão dessas ondas.
“Assim como a gravidade curva o caminho dos objetos, descobrimos uma maneira de curvar a luz dentro de certos materiais”, acrescenta Kitamura. “A direção do feixe no plano dentro da faixa de terahertz pode ser aproveitada nas comunicações 6G. Academicamente, os resultados mostram que os cristais fotônicos podem explorar efeitos gravitacionais, abrindo novos caminhos no campo da física do gráviton, “disse o professor associado Masayuki Fujita, da Universidade de Osaka.
Referência: “Difração de ondas eletromagnéticas por pseudogravidade em cristais fotônicos deformáveis” por Kanji Nanjyo, Yuki Kawamoto, Hitoshi Kitagawa, Daniel Hedland, Masayuki Fujita e Kyoko Kitamura, 28 de setembro de 2023, Revisão física a.
doi: 10.1103/PhysRevA.108.033522
