Ondas de som direcionais comportam-se como partículas
Redação do Site Inovação Tecnológica - 05/04/2011
Cientistas da Universidade de Tecnologia de Viena, na Áustria, desenvolveram uma técnica para guiar ondas, de som ou de luz, ao longo de trajetórias específicas, sem nenhuma perda.
Desta forma, as ondas poderão ser enviadas diretamente até um objetivo, evitando ouvidos ou olhos indiscretos pelo caminho.
Arremessar uma bola para outra pessoa sem que alguém no caminho possa pegá-la é algo bem simples. Mas chamar alguém do outro lado da sala sem que ninguém mais ouça é algo bem mais difícil.
Parece haver uma diferença fundamental entre ondas e objetos sólidos: uma bola se move ao longo de uma trajetória direta e contínua, enquanto as ondas se espalham em todas as direções simultaneamente.
Mas talvez isso não precise ser sempre assim.
Stefan Rotter e seus colegas da área de física quântica estão agora propondo um novo método para fazer com que as ondas sonoras percorram trajetórias únicas, diretas e contínuas, como uma bola atirada precisamente em uma direção.
Se esta ideia for aplicada às ondas sonoras, poderá ser possível gritar para alguém do outro lado de uma sala sem que nenhuma outra pessoa seja capaz de ouvir qualquer ruído.
O truque, segundo os físicos, está em fazer o som se comportar como um estreito feixe de partículas, em vez de uma corrente de ondas que se espalham em todas as direções - de fato, a física quântica conhece bem a íntima relação entre partículas e ondas.
"Inicialmente estávamos trabalhando com efeitos quânticos em semicondutores. Mas nossos resultados podem se aplicar igualmente a ondas acústicas e ópticas," explica o professor Rotter.
Até o momento, a equipe testou a teoria apenas em simulações computadorizadas, mas eles afirmam que toda a tecnologia necessária para testar suas ideias na prática já está disponível.
"Nós já contatamos alguns experimentalistas e esperamos ver aplicações práticas de nosso trabalho muito em breve," diz o físico.
A matriz de dispersão tem que ser calculada previamente, transmitindo vários sinais de referência antes da mensagem propriamente dita.
[Imagem: Monz et al.]
"No modelo teórico, o comportamento da onda é descrito por uma matriz de espalhamento - um objeto matemático que caracteriza o transporte da onda," explica Florian Libisch, coautor da teoria.
Em um experimento, essa matriz de dispersão terá que ser calculada previamente, por exemplo, transmitindo vários sinais de referência antes da mensagem propriamente dita.
O procedimento de guiar a onda então determina como ela deve ser dirigida para se manter no caminho predeterminado.
Isto é feito combinando uma série de amplitudes e fases de tal forma que qualquer reflexão da onda em uma superfície seja anulada pela reflexão em uma outra superfície.
Pode parecer impraticável determinar todas as possibilidades de reflexão de uma onda, mas os físicos desenvolveram um método matemático que calcula essas informações a partir da matriz de espalhamento.
Usando simulações em computador, a equipe criou ondas-partícula, que eles batizaram de NOTES (noiseless time-delay eigenstates), em vários ambientes, incluindo uma caixa retangular, uma caixa com uma parede curva e duas caixas com superfícies refletoras aleatórias.
Guiar ondas com precisão pode ser uma forma muito eficiente de economizar energia.
Segundo a nova teoria, as ondas podem ser ajustadas de forma a seguirem uma linha precisa. Quem estiver fora dessa linha nunca será atingido pela onda e, portanto, nunca poderá ver as ondas de luz ou ouvir as ondas sonoras assim guiadas.
Uma onda sonora, por exemplo, poderá ser guiada ao longo de uma sala, "quicar" nas paredes como se fosse uma bola de borracha e deixar a sala por uma porta ou por uma janela.
Com isto, a onda será depositada exatamente no ponto onde ela deve chegar, evitando todo o desperdício de energia associado com um espalhamento desnecessário.
Mas há várias outras aplicações práticas possíveis.
Além da economia de energia e das transmissões à prova de ouvidos indiscretos, a técnica também poderá ser usada para concentrar ondas em uma região particular do espaço.
"Isto poderá ser útil na radioterapia, onde a energia da onda deve ser dissipada em um tumor, deixando os tecidos ao redor intactos," diz Libisch.