Oito coisas que você talvez não sabia sobre a luz

A luz está em tudo à nossa volta, mas quanto você realmente sabe sobre os fótons em alta velocidade passando por você?

Há mais luz do que aparenta. Aqui estão oito fatos esclarecedoras sobre fótons:

1. fótons podem produzir ondas de choque na água ou no ar, semelhante a bombas sônicas.

Nada pode viajar mais rápido que a velocidade da luz no vácuo. No entanto, a luz desacelera no ar, água, vidro e outros materiais a medida que os fótons interagem com átomos e isso tem algumas consequências interessantes.

Os raios gama de energia maior do espaço bateu na atmosfera mais rápido que a velocidade da luz no ar. Estes fótons produzem ondas de choque no ar, muito parecido com uma bomba sônica. Observatórios como o VERITAS no Arizona procuram esses fótons secundários, que são conhecidos como radiação de Cherenkov. Reatores nucleares também apresentam Cherenkov leve na água ao redor do combustível nuclear.



 2. a maioria dos tipos de luz são invisíveis aos nossos olhos.

As cores são o caminho dos nossos cérebros para interpretar o comprimento de onda de luz: até onde a luz viaja antes do onda padrão repetir-se. Mas as cores que vemos — chamada de "visível" ou luz "óptica"— são apenas uma pequena amostra do espectro eletromagnético total.

O vermelho é a luz de comprimento de onda mais longo. Se esticar mais as ondas obterá o infravermelho, microondas e ondas de rádio. Comprimentos de onda mais curtos do que o violeta são chamados de de ultravioleta, raios x e raios gama. Comprimento de onda é também um substituto para a energia: os longos comprimentos de onda de rádio tem baixa energia e os raios gama de comprimentos de onda curtos têm a maior energia, e são perigosas para os tecidos vivos.





3. os cientistas podem realizar medições em fótons únicos.

Luz feita de partículas chamadas fótons, pacotes do campo eletromagnético que carregam uma quantidade específica de energia. Com experimentos suficientemente sensíveis, você pode contar os fótons ou mesmo realizar medições em um único deles. Pesquisadores têm até mesmo congelado a luz temporariamente.


Mas não pense que fótons são bolas de bilhar. Eles também são ondas: eles podem interferir uns com os outros para produzir padrões de luz e escuridão. O modelo do fóton foi um dos primeiros triunfos da física quântica; o trabalho posterior mostrou que elétrons e outras partículas da matéria também têm propriedades de onda.

4. fótons de aceleradores de partículas são usados em química e biologia.

Comprimentos de onda da luz visível são maiores do que os átomos e moléculas, então não podemos literalmente ver os componentes da matéria. No entanto, os comprimentos de onda curtos da luz ultravioleta e raios-x são adequados para mostrar tal estrutura pequena. Com métodos para ver esses tipos de alta energia de luz, os cientistas obtém um vislumbre do mundo atômico.


Aceleradores de partículas podem fazer fótons de comprimentos de onda específicos acelerando elétrons usando campos magnéticos; Isso é chamado de "radiação síncrotron." Os pesquisadores utilizam aceleradores de partículas para fazer raios-x e luz ultravioleta para estudar a estrutura de moléculas e vírus e até mesmo fazer filmes de reações químicas.




5. a luz é a manifestação de uma das quatro forças fundamentais da natureza.

Fótons carregam a força eletromagnética, uma das quatro forças fundamentais (juntamente com a força fraca, a força forte e gravidade). Como um elétron se move através do espaço, outras partículas carregadas senti-lo graças a atração ou repulsão elétrica. Como o efeito é limitado pela velocidade da luz, outras partículas reagem, na verdade, onde o elétron estava em vez de onde está. Física quântica explica isto descrevendo o espaço vazio como uma sopa fervilhante de partículas virtuais. Os elétrons levantam fótons virtuais, que viajam à velocidade da luz e atingem com outras partículas, trocando energia e momentum.





 6. fótons são facilmente criados e destruídos.

Ao contrário da matéria, todos os tipos de coisas podem criar ou destruir os fótons. Se você está lendo isso em uma tela de computador, a luz de fundo está fazendo fótons viajarem para o seu olho, onde eles são absorvidos — e destruídos.

O movimento dos elétrons é responsável pela criação e a destruição dos fótons, e que é o caso de muita produção e absorção de luz. Um elétron movendo-se em um forte campo magnético irá gerar fótons apenas de sua aceleração.

Da mesma forma, quando um fóton de comprimento de onda certo atinge um átomo, ele desaparece e transmite toda a sua energia para chutar o elétron em um novo nível de energia. Um novo fóton é criado e emitido quando o elétron cai para trás em sua posição original. A absorção e emissão são responsáveis para o único espectro de luz em cada tipo de átomo ou molécula. É assim que os químicos, os físicos e os astrônomos identificam substâncias químicas.



7. A luz é um subproduto da aniquilação de matéria e antimatéria.


Um elétron e um pósitron tem a mesma massa, mas propriedades quântica tais como a carga elétrica, opostas. Quando eles se encontram, os opostos se cancelam mutuamente, convertendo as massas das partículas em energia sob a forma de um par de fótons de raios gama.



8. você pode colidir fótons para criar partículas.

Fótons são suas próprias antipartículas. Mas aqui está a um pouco de diversão: as leis da física que regem os fótons são simétricas no tempo. Isso significa que se nós podemos colidir um elétron e um pósitron para obter dois fótons de raios gama, devemos ser capazes de colidir dois fótons de energia e obter um par de elétron-pósitron.

Na prática, é difícil de fazer: experiências bem sucedidas geralmente envolvem outras partículas do que apenas a luz. No entanto, dentro do LHC, o grande número de fótons produzidos durante colisões de prótons significa que alguns deles ocasionalmente batem uns nos outros. 


Alguns físicos estão pensando sobre a construção de um Colisor de fóton fóton, que emitiria feixes de fótons em uma cavidade cheia de outros fótons para estudar as partículas que saem de colisões.

Traduzido e adaptado de Symmetry magazine