Experimento de laser “perigosamente poderoso” bate recorde no corredor da universidade

Por Universidade de Maryland, 13 de fevereiro de 2023

Um laser é enviado por um corredor UMD em um experimento para encurralar a luz enquanto faz uma jornada de 45 metros. Crédito: Intense Laser-Matter Interactions Lab, UMD

Não é em toda universidade que pulsos de laser poderosos o suficiente para queimar papel e pele são enviados em chamas por um corredor. Mas foi isso que aconteceu no Centro de Pesquisa de Energia da UMD, um prédio de aparência comum no canto nordeste do campus. Se você visitar o corredor branco e cinza utilitário agora, ele se parecerá com qualquer outro salão universitário - contanto que você não espreite atrás de uma placa de cortiça e localize a placa de metal cobrindo um buraco na parede.

Mas por algumas noites em 2021, o professor de física da UMD Howard Milchberg e seus colegas transformaram o corredor em um laboratório: as superfícies brilhantes das portas e uma fonte de água foram cobertas para evitar reflexos potencialmente ofuscantes; os corredores de conexão foram bloqueados com placas, fita adesiva e cortinas pretas especiais que absorvem o laser; e equipamentos e cabos científicos habitavam normalmente um espaço aberto para caminhadas.

Enquanto os membros da equipe trabalhavam, um som de estalo alertou sobre o caminho perigosamente poderoso que o laser abriu no corredor. Às vezes, a jornada do feixe terminava em um bloco de cerâmica branca, enchendo o ar com estalos mais altos e um cheiro metálico. Todas as noites, um pesquisador sentava-se sozinho em um computador no laboratório adjacente com um walkie-talkie e realizava os ajustes solicitados no laser.

Da esquerda para a direita: Eric Rosenthal, físico do Laboratório de Pesquisa Naval dos Estados Unidos; Anthony Valenzuela, físico do Laboratório de Pesquisa do Exército dos EUA; e Andrew Goffin, um aluno de pós-graduação em engenharia elétrica e de computação da UMD, alinham a ótica em uma vigia na parede para enviar o feixe de laser do laboratório pelo corredor. Crédito: Intense Laser-Matter Interactions Lab, UMD

Seus esforços foram para transfigurar temporariamente o ar rarefeito em um cabo de fibra ótica – ou, mais especificamente, um guia de ondas de ar – que guiaria a luz por dezenas de metros. Como um dos cabos de fibra ótica da Internet que fornecem estradas eficientes para fluxos de dados óticos, um guia de ondas aéreas prescreve um caminho para a luz. Esses guias de ondas aéreas têm muitas aplicações potenciais relacionadas à coleta ou transmissão de luz, como a detecção de luz emitida pela poluição atmosférica, comunicação a laser de longo alcance ou até mesmo armamento a laser. Com um guia de ondas aéreas, não há necessidade de desenrolar o cabo sólido e se preocupar com as restrições da gravidade; em vez disso, o cabo se forma rapidamente sem suporte no ar. Em um artigo aceito para publicação na revista Physical Review X, a equipe descreveu como estabeleceu um recorde ao guiar a luz em guias de ondas aéreas de 45 metros de comprimento e explicou a física por trás de seu método.

Os pesquisadores conduziram sua alquimia atmosférica recorde à noite para evitar incomodar (ou zapping) colegas ou alunos desavisados ​​durante o dia de trabalho. Eles tiveram que obter seus procedimentos de segurança aprovados antes de poderem reaproveitar o corredor.

"Foi uma experiência realmente única", disse Andrew Goffin, um aluno de pós-graduação em engenharia elétrica e de computação da UMD que trabalhou no projeto e é o principal autor do artigo de jornal resultante. "Existe muito trabalho para disparar lasers fora do laboratório com o qual você não precisa lidar quando está no laboratório - como colocar cortinas para proteger os olhos. Foi definitivamente cansativo."

Distribuições da luz do laser coletadas após a jornada do corredor sem guia de ondas (esquerda) e com guia de ondas (direita). Crédito: Intense Laser-Matter Interactions Lab, UMD

Todo o trabalho era ver até onde eles poderiam levar a técnica. Anteriormente, o laboratório de Milchberg demonstrou que um método semelhante funcionava para distâncias inferiores a um metro. Mas os pesquisadores encontraram um obstáculo ao estender seus experimentos para dezenas de metros: seu laboratório é muito pequeno e mover o laser é impraticável. Assim, um buraco na parede e um corredor se tornando espaço de laboratório.