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Os americanos Roy Glauber e John Hall e o alemão Theodor Hänsch dividirão o Nobel de física de 2005 (fotos: reprodução)
Trabalhos no campo da óptica quântica, que utiliza a teoria quântica para estudar os fenômenos ópticos, valeram aos norte-americanos Roy Glauber e John Hall e ao alemão Theodor Hänsch o Nobel de Física de 2005. Glauber receberá metade das 10 milhões de coroas suecas (quase 3 milhões de reais) por seus estudos que lançaram as bases desse campo. Já Hall e Hänsch dividirão a outra metade por trabalhos que levaram ao aprimoramento da precisão das medições nessa área. O prêmio será entregue no dia 10 de dezembro, data da morte de Alfred Nobel.
“A premiação contempla estudos que permitiram um grande desenvolvimento na área da óptica”, avalia Vanderlei Salvador Bagnato, professor do Instituto de Física de São Carlos da Universidade de São Paulo. “As contribuições de Roy Glauber foram seminais para o aparecimento e fortalecimento de uma nova área da física que tenta investigar a natureza quântica da luz. Já John Hall e Theodor Hänsch vêm trabalhando no desenvolvimento de técnicas que permitem que entendamos a natureza do átomo com precisão cada vez maior.”
A luz e os fenômenos ópticos são objeto de estudo há séculos. No século 19 o físico escocês James Maxwell (1831-1879) criou a teoria ondulatória da luz, que a interpreta como uma onda eletromagnética. No entanto, essa teoria passou a enfrentar problemas no início do século 20 para explicar alguns fenômenos. Em 1905, o físico alemão Albert Einstein (1879-1955) resolveu essas incoerências ao propor uma teoria que trata a luz de uma forma dual: ela se comporta ao mesmo tempo como uma onda eletromagnética e como uma partícula – ela estaria dividida em pequenos ‘pacotes’ de energia, que mais tarde foram chamados de fótons.
A partir desse entendimento de luz, Roy Glauber descreveu nos termos da teoria quântica desenvolvida nas primeiras décadas do século 20 um fenômeno conhecido como coerência óptica. As fontes de luz que utilizamos, como lâmpadas ou velas, têm ondas naturalmente emitidas de forma caótica (ou incoerente); já as ondas de laser são ordenadas e têm todas o mesmo comprimento de onda e a mesma freqüência – por isso, são ditas coerentes. Ao explicar esse fenômeno com os conceitos da teoria de campos quânticos, Glauber lançou as bases da óptica quântica.
Os trabalhos de John Hall e Theodor Hänsch, por sua vez, permitiram o aprimoramento da precisão de medições utilizadas na óptica quântica. Há décadas trabalhando nesse campo, eles participaram de estudos que levaram à obtenção de medidas mais precisas para grandezas como, por exemplo, a velocidade da luz.
O refinamento dessas medições permitiu que novos fenômenos e estruturas fossem descobertos e explicados. Em especial, a espectroscopia quântica, que estuda a estrutura dos níveis de energia dos átomos, levou a um melhor entendimento da estrutura atômica e das propriedades de cada um dos componentes do núcleo.
Um dos trabalhos de maior relevância de Hall e Hänsch (citado nominalmente na justificativa do Nobel) foi o desenvolvimento de um método relativamente simples para determinar para a freqüência de qualquer emissão luminosa – uma das maiores preocupações da óptica quântica. A técnica desenvolvida por eles, separadamente num primeiro momento e depois em conjunto pelos dois físicos com suas equipes, alcançou uma precisão sem precedentes, e permite medir freqüências com exatidão de 15 dígitos.
O novo procedimento abre a porta para uma série de aplicações: ela pode levar à criação de um relógio a laser de altíssima precisão, além de exames de raios-X mais acurados. O método deve ainda possibilitar a melhoria das telecomunicações e das tecnologias de localização GPS (sistema de posicionamento global, na sigla em inglês), que poderão ser utilizadas em viagens espaciais mais longas e em telescópios instalados fora do planeta.
Marcelo Garcia
Ciência Hoje On-line
04/10/05