168. Invisibilidade e Ciência
Invisibilidade ao Alcance
Cientistas conseguem pela primeira vez camuflar um objeto macroscópico
|
|
Título Original do Artigo : Macroscopic invisibility cloaking of visible light
Autores : Xianzhong Chen, Yu Luo, Jingjing Zhang, Kyle Jiang, John B. Pendry, Shuang Zhang
Fonte : Nature Communications, Vol. 2, Artigo 176, Fevereiro/2011
Resumo : Coberturas para invisibilidade, que normalmente se limitavam ao domínio da ficção, estão agora se
transformando em uma realidade científica graças aos recursos fornecidos por ferramentas teóricas como a ótica
de transformação e mapeamento conforme. Inspirada por esses trabalhos teóricos, a realização experimental de
coberturas de invisibilidade eletromagnética tem sido reportada em várias freqüências eletromagnéticas. Todas as
coberturas para invisibilidade demonstradas limitam-se, entretanto, a materiais artificiais compostos nano ou
micro-fabricados com propriedades eletromagnéticas que variam espacialmente, o que limita o tamanho da região
encoberta a uns poucos comprimentos de onda. Aqui, nós reportamos a primeira realização de uma cobertura para
invisibilidade em volume macroscópico construída com cristais naturais birrefringentes (*). A cobertura funciona
em freqüências visíveis e é capaz de ocultar, para uma polarização específica da luz, objetos tridimensionais
em uma escala de centímetros e milímetros. Nosso trabalho abre perspectivas para futuras aplicações com
dispositivos de ocultamento macroscópico.
(*) Materiais como a calcita, que tem a propriedade de dividir em dois um raio luminoso incidente.
Link :
www.nature.com/ncomms/journal/v2/n2/full/ncomms1176.html
|
Projeto e dispositivo usado no experimento : Na transformação, uma seção reta triangular em um espaço virtual (a)
preenchido com materiais isotrópicos é mapeado para uma seção quadrilateral - região marrom em (b) – com propriedades
óticas uniformes e anisotrópicas. A região encoberta é definida pelo pequeno triângulo cinza no interior da qual
objetos podem ser tornados invisíveis. Em (c) aparece o dispositivo utilizado, que consiste de dois prismas de
calcita unidos, com os parâmetros geométricos indicados. A dimensão do dispositivo ao longo do eixo z é de 2
centímetros. Os eixos óticos, representados por setas vermelhas, formam um ângulo de 30º com a interface dos prismas.
As duas superfícies superiores da região encoberta (que correspondem às superfícies inferiores dos prismas) aparecem
como um espelho plano para os observadores, e assim objetos colocados nesse pequeno espaço interior tornam-se
invisíveis.
|
Capas de Invisibilidade e Como Usá-las
|
As “capas de invisibilidade” criadas atualmente nos laboratórios podem ocultar objetos quando vistos de uma grande gama de
direções e em luz visível – duas coisas considerados desenvolvimentos implausíveis quando as primeiras capas de
invisibilidade funcionais foram demonstradas apenas quatro anos atrás. Mas a tecnologia que faz objetos se desvanecerem
parece apropriada para ser mais útil na segurança de estruturas offshore e para revelar segredos cosmológicos do que para
possíveis imitadores de Harry Potter.
A equipe de John Pendry do Colégio Imperial de Londres anunciou o projeto para uma capa que pode guiar a luz em volta de um
objeto para torná-lo invisível. Em questão de meses uma equipe liderada por David Smith da Universidade Duke em Durham,
Carolina do Norte, construiu tal dispositivo usando “metamateriais” exóticos – materiais com propriedades eletromagnéticas
não usuais e que não são encontrados na natureza.
Mas aquela primeira capa só podia ocultar objetos bidimensionais vistos de direções específicas – e somente se eles eram
“olhados” usando-se uma particular freqüência de microonda. Produzir uma capa para ocultar objetos sob luz visível, que
tem um comprimento de onda várias ordens de magnitude menor que microondas – sem falar em ocultar objetos quando vistos de
qualquer direção – parecia uma possibilidade mais remota.
Apenas quatro anos depois não é mais o caso. “Embora ocultamento total não tenha sido realizado, há avanços na direção
certa”, diz Ulf Leonhardt da Universidade de St. Andrews, Grã-Bretanha.
Truque do tapete
Ano passado, físicos da Universidade da Califórnia, em Berkeley, e da Universidade Cornell, em Ithaca, New York,
construíram independentemente capas de freqüência ótica. São os chamados tapetes de ocultamento, feitos de silício, que
são colocados sobre o objeto a ser escondido. O objeto cria um inchaço no tapete, mas ele parece plano quando a luz vinda
de uma direção específica reflete em sua superfície.
Por enquanto, tal tecnologia pode ocultar somente objetos com área superficial de uns poucos micrômetros quadrados e umas
poucas centenas de nanômetros de espessura. Mas “em princípio, você pode fazer o objeto a ser escondido maior e maior”,
diz Thomas Zentgraf, um membro da equipe de Berkeley.
Outra limitação da tecnologia – que ela funciona para ângulos específicos de visão – já está sendo superada. Antes este
ano, Tolga Ergin e colegas do Instituto de Tecnologia Karlsruhe na Alemanha demonstraram uma versão desta tecnologia que
pode ocultar um objeto da visão em uma larga faixa de direções, trazendo o ocultamento em 3D um passo mais perto. Eles
arrumaram cristais fotônicos em um arranjo tipo pilha de lenha, preenchendo os vazios entre os cristais com quantidades
variáveis de um polímero para controlar o índice de refração do metamaterial. Isso mudou o índice de refração para valores
diferentes ao longo do metamaterial, permitindo que ele escondesse um inchaço numa folha de ouro em um largo ângulo de
visão, da ordem de 60 graus.
“Estamos otimistas que dentro de poucos anos poderemos fazer isso em 360 graus completos”, diz Zentgrag.
Ondas e horizonte de eventos
Mas mesmo a tecnologia de ocultamento 2D poderia ter usos no mundo real. Stefan Enoch e colegas do Instituto Fresnel em
Marselha, França, mostraram que metamateriais poderiam guiar ondas em volta de estruturas offshore, protegendo-as de
tempestades e tsunamis.
Enquanto isso, metamateriais poderiam trazer luz sobre os buracos negros. Em 2008, Leonhardt e sua equipe mostraram como
simular um horizonte de eventos no laboratório.
Se o meio através do qual uma onda eletromagnética está se propagando se move tão rápido quanto a própria onda, a onda está
efetivamente aprisionada e não pode escapar do meio. Isso tem o mesmo efeito que o horizonte de eventos de um buraco
negro, o ponto de não-retorno para a luz : um observador fora do horizonte de eventos não vê nada lá dentro, já que
nenhuma luz pode escapar da gravidade do buraco negro para atravessar o horizonte e chegar ao universo exterior.
Para simular isso, a equipe de Leonhardt disparou pulsos de laser dentro de uma fibra ótica especialmente fabricada. Os
pulsos foram calculados para modificar as propriedades da fibra ótica, de tal modo que enquanto o pulso de laser viajava
ao longo da fibra, a mudança nas propriedades da fibra se deslocavam com ele à mesma velocidade. É como se uma fibra
virtual estivesse se movendo à velocidade da luz, aprisionando efetivamente a luz.
Um buraco negro emite a assim chamada radiação de Hawking, e a teoria diz que o análogo de laboratório da equipe de
Leonhardt deveria fazer isso também, embora em níveis muito baixos para ser detectada ainda. Mesmo a capa de Harry Potter
não seria capaz disso.
Título Original : Invisibility cloaks and how to use them (por Anil Ananthaswamy)
Fonte : NewScientist, 08/06/2010
|
|