Em busca da luz

Publicado em 21/02/2011

Univesp, em 18/02/2011

Para assistir a íntegra do programa LUZ agora, clique aqui

Bloco 1

O programa LUZ começa no Laboratório Nacional de Luz Síncrotron, em Campinas, a 100 km da capital paulista. A equipe da Univesp TV esteve duas vezes no LNLS, única fonte de luz síncrotron (radiação emitida por elétrons em velocidade próxima a da luz – 300 mil km por segundo – quando têm sua órbita desviada pela ação de um campo magnético) na América Latina. Fomos entender o funcionamento e as aplicações do equipamento que levou dez anos para ficar pronto e consumiu o maior investimento já feito em pesquisa no país: US$ 70 milhões.

As 14 linhas de luz, distribuídas ao longo de 93 metros de circunferência, abrigaram, no ano passado, 2700 cientistas em 529 pesquisas. Um deles é o físico Harry Westfahl, vice diretor científico do laboratório e nosso anfitrião nessa que é uma verdadeira fábrica de luz, uma indústria de produção controlada de fótons.

Em um Síncrotron é possível compreender a utilização dos fótons em pesquisas. Para quem quiser saber mais, um centro parecido com o brasileiro foi palco para o programa Fome de Descobrir – Naturally Obsessed – The Making of a Scientis, que a Univesp TV exibe em sua programação.

A visita a Campinas despertou a curiosidade de ver os elétrons correndo pelo anel de armazenamento e pelo acelerador linear. O professor Luiz Nunes resolveu a situação com uma experiência feita no estúdio da Univesp TV. Utilizando um transformador, uma bomba de ar e um tubo de vidro, ele mostrou a atividade dos elétrons excitados por uma corrente alternada. Os dipolos utilizados no Síncrotron foram substituídos por um pequeno mas potente ímã de neodímio, como é possível ver no making of do programa LUZ.

O primeiro passo foi conhecer a produção controlada de fótons em pequena e grande escala; o segundo, convidar a professora Adriana Válio para entender seu surgimento de maneira natural na maior fonte de luz, energia e calor conhecida pelo homem, o sol. Válio, pesquisadora do Craam – Centro de Radio Astronomia e Astrofísica da Universidade Presbiteriana Mackenzie, detalhou o processo de fusão nuclear que começa no centro do sol e leva milhares de anos para iniciar sua viagem até a Terra. O site do satélite SOHO, projeto conjunto da NASA e ESA – agências espaciais norte-americana e européia – é boa dica de pesquisa, pois permite observar a emissão de ondas eletromagnéticas em diferentes comprimentos.

A dualidade do comportamento da luz (ou seja, sua propagação como onda, em seus vários comprimentos, ou como partícula) é um dos temais mais intrigantes para aqueles dispostos a desvendar os mistérios de suas propriedades. O programa, no entanto, passou antes por temas fundamentais que ajudarão a preparar os estudantes para o desafio.
Bloco 2

Os fótons levaram a equipe da Univesp TV também até a piscina do Sesi Vila Leopoldina, em São Paulo. Acompanhados de mergulhador profissional e câmera subaquática, fomos reproduzir o experimento de refração, que mostra como os objetos aparecem em posições diferentes na água e ao ar livre, resultado da diferença de velocidade da luz nos dois meios.

A experiência ajudou a ilustrar o pensamento de dois dos maiores físicos da história, Sir Isaac Newton e Christiaan Huygens.

Outro herói da física, James Maxwell, também foi convocado para nos ajudar a entender a relação entre campo elétrico e campo magnético.

A conversa sobre as equações criadas pelo escocês levou a equipe da Univesp TV ao Instituto de Fìsica da USP em São Paulo, dessa vez para observar como a ciência utiliza em pesquisas os diferentes comprimentos de onda eletromagnética e como a luz branca que enxergamos no nosso dia a dia é o resultado da soma de várias cores.

A coordenadora do Laboratório, Maria Teresa Lamy, a professora Cássia Marquezin e o doutorando Thiago Ribeiro , que aparece no making of trabalhando no laboratório, fazem parte da comunidade de cientistas que usa a luz para estudar moléculas, átomos e outros materias.

A equipe da Univesp TV observou experiências científicas normalmente realizadas em sofisticados e caros equipamentos. Mas também fez experimentos que podem ser observados em casa, usando lâmpadas e um espelho côncavo. As lâmpadas permitem perceber que corpos de diferentes temperaturas também emitem luz, como o caso do filamento aquecido a três mil graus centígrados, e ainda podem ser usadas para compreender, por exemplo, o funcionamento dos telescópios, mostrando como a interação dos raios de luz com o espelho forma objetos reais e virtuais.
Bloco 3

Na Unicamp, o químico Renê Nome também usa espelhos para direcionar a emissão de fótons. O jovem pesquisador, no entanto, utiliza em suas experiências um outro tipo de luz, cujo nome popular é a sigla para light amplification by stimulated emission of radiation: laser. O trabalho de Renê Nome dá uma boa mostra da importância da luz para a vida como a conhecemos. Ele estuda a absorção dos fótons pela clorofila, numa escala de tempo quase inimaginável, na casa dos fento-segundos, ou seja, dez a menos quinze segundos. Quem realiza esse tipo estudo pertence a uma comunidade científica voltada para os trabalhos chamados de espectroscopia ultra-rápida.
Entre os afiliados desse grupo está o professor Vanderlei Bagnato, que comanda um laboratório no Instituto de Física da USP em São Carlos. Foi em um deles, em meio a um entra e sai constante de pesquisadores, com máquinas de laser por todos os lados, que Bagnato falou com Mônica Teixeira.

Os cientistas hoje lidam com relativa tranquilidade com a dualidade onda-partícula, ou seja, com o fato da luz se comportar como onda e como partícula. Mas alguns dos grandes nomes da ciência dedicaram anos à questão. O que se sabia até o fim do século XIX era a mecânica de Newton – que discutia a dinâmica das partículas – e a física clássica, que via a luz se propagando como onda, cujas propriedades foram esclarecidas por Maxwell. Foi quando, no começo do século XX, os estudos de Max Planck e Albert Einstein levaram a entender que a luz se comporta não somente como onda mas também como corpúsculos – o que rendeu o Prêmio Nobel de Física a Einstein em 1922.

No estúdio da Univesp TV, o professor Luiz Nunes mostrou a Mônica Teixeira a experiência realizada no começo do século XIX por Thomas Young para comprovar que a luz se propaga como onda, além do mesmo experimento demonstrando também o caráter corpuscular da luz. Como o tema é instigante e complexo, o paper Single-photon wavefront-splitting interference, publicado por pesquisadores de laboratórios franceses e chineses no The European Physical Journal , trará uma compreensão mais aprofundada do tema. O site da Universidade do Colorado também é boa fonte de informação e diversão, com animações que reproduzem experimentos on line. Outra dica é a série produzida pela BBC, Light Fantastic.

Share on FacebookTweet about this on TwitterShare on Google+Email this to someone