Os físicos distorceram um tipo de material conhecido como cristal fotônico para desviar o caminho da luz da mesma forma que faria ao passar por um campo gravitacional, conforme descrito pela teoria da relatividade geral de Einstein.
O resultado, de acordo com uma equipe liderada pelo engenheiro eletrônico Kanji Nanjyo, do Instituto de Tecnologia de Kyoto, tem implicações para o controle da luz, especialmente no que se refere à tecnologia óptica e de comunicações.
“Queremos explorar se a distorção da rede em cristais fotônicos pode produzir efeitos de pseudogravidade”, explica a professora Kyoko Kitamura, da Universidade de Tohoku.
“Assim como a gravidade curva a trajetória dos objetos, criamos um meio de curvar a luz dentro de certos materiais.”
Em teoria, qualquer objeto com massa deveria afetar o caminho da luz. Podemos ver esse efeito quando olhamos para o cosmos, à medida que objetos gigantescos como galáxias e aglomerados de galáxias curvam o espaço-tempo tão pronunciadamente que qualquer luz que viaja através dele fica manchada e distorcida.
À medida que os objetos diminuem de tamanho, a fraqueza da gravidade torna-se cada vez mais aparente, sendo os seus efeitos de deformação cada vez mais difíceis de observar.
Os cientistas pensaram que poderiam replicar o efeito em menor escala usando cristais fotônicos. São nanoestruturas altamente ordenadas e repetitivas nas quais o índice de refração da luz muda periodicamente, produzindo um efeito iridescente; exemplos na natureza incluem opalas, penas de pavão e asas brilhantes de borboletas.
Esses cristais são relativamente fáceis de criar artificialmente, organizando dois materiais diferentes que interagem de maneira diferente com a luz. Os cientistas já notaram que os próprios cristais poderiam servir como uma analogia para o espaço-tempo, representando as suas estruturas um caminho conhecido como geodésico. À medida que a luz passa através de sua estrutura, seu caminho normalmente reto pode se desviar tanto quanto a luz pode se curvar através do espaço no que é descrito como uma espécie de pseudogravidade.
Os pesquisadores decidiram tentar criar e manipular a pseudogravidade do cristal fotônico distorcendo experimentalmente seus cristais fotônicos. Eles criaram cristais fotônicos de silício e introduziram distorção ao deformar o espaçamento entre os elementos ordenados.
Isto alterou a forma como o cristal interagia com a luz, produzindo um feixe curvo – como a passagem da luz em torno de um minúsculo buraco negro.
Experimentos em que passaram um feixe através do cristal e observaram como e onde ele emergiu validaram os esforços da equipe. Isto poderia ajudar no estudo da gravidade – um fenômeno que ainda não compreendemos totalmente – mas também tem implicações para o desenvolvimento tecnológico, diz a equipe.
“Essa direção de feixe no plano dentro da faixa de terahertz poderia ser aproveitada na comunicação 6G”, diz o físico Masayuki Fujita, da Universidade de Osaka.
“Academicamente, as descobertas mostram que os cristais fotônicos podem aproveitar os efeitos gravitacionais, abrindo novos caminhos no campo da física dos grávitons”.
Traduzido por Mateus Lynniker de ScienceAlert
