Pinças ópticas: física da USP fala do trabalho que levou Prêmio Nobel

No último dia 2 de outubro foram anunciados os vencedores do Prêmio Nobel de Física de 2018. A academia sueca decidiu conceder a distinção a Arthur Ashkin, Donna Strickland e Gérard Mourou pelo desenvolvimento de “invenções pioneiras no campo da física do laser”.

O prêmio contempla duas inovações diferentes: a técnica de amplificação de pulso com varredura em frequência, ou CPA, e as pinças ópticas. O CPA, desenvolvido pelos professores Mourou e Strickland, permite obter lasers de alta intensidade que são utilizados, por exemplo, nas cirurgias oculares.  Já as pinças ópticas, criadas pelo professor Ashkin, são uma ferramenta laser para manipular individualmente partículas muito pequenas, como bactérias.

Baixa frequência

Para entender um pouco sobre essa segunda descoberta, as pinças ópticas, o Jornal da USP conversou com Ana Magalhães, doutora pelo Instituto de Física (IF) da USP que trabalhou com uma técnica parecida durante a sua pesquisa. As pinças são instrumentos que usam laser para manipular pequenos objetos. “As pinças óticas já estão aí há uns 30 anos, só que estes prêmios demoram para sair”, justifica ela, referindo-se à tecnologia agora aperfeiçoada.

O laser que atua como pinça ótica é um feixe de luz e, portanto, é formado por fótons, as partículas elementares da luz. “Os fótons não têm massa, mas eles têm energia e momento, e transferem esse momento para o objeto. É com isso que se pode aprisioná-los”, explica a cientista.

Ana Carolina Magalhães: é preciso incentivar as mulheres para evitar que desistam de fazer ciência /Foto: arquivo pessoal.

O momento ao qual ela se refere é uma propriedade física dos corpos em movimento. Podemos ilustrar o conceito com uma metáfora. Quando a bola branca de sinuca é golpeada pelo taco, ela adquire um momento. Ao colidir com as outras bolas, a bola branca transfere parte do seu momento para as outras e as desloca.

Algo parecido ocorre no caso da luz. Porém, o caso dos fótons é um pouco especial. Normalmente, o momento de uma partícula é calculado como a massa dessa partícula multiplicada pela velocidade em que ela se movimenta. O problema é que os fótons, como a pesquisadora disse, não têm massa. O que acontece é que para objetos que se deslocam à velocidade da luz, como os fótons, as fórmulas clássicas não se aplicam. No caso dos fótons, o momento depende exclusivamente da frequência do feixe de luz, ou seja, da sua energia.

A frequência do laser das pinças ópticas é baixa, e assim, seu momento também é baixo. “Então, não dá para pegar coisas grandes com as pinças ópticas, mas coisas pequenas, sim: células, bactérias, vírus.”

Durante o doutorado, Ana Magalhães estudou se a luz é capaz de alterar algumas propriedades das células. Para responder a essa pergunta, ela optou por usar a tecnologia das pinças ópticas. “Existe uma variação das pinças ópticas em que são usados dois feixes para conseguir não só prender, mas ‘esticar’ as células. E com isso nós podemos medir as propriedades mecânicas dessas células”, detalha. Por complicações durante o curso da pesquisa, porém, ela teve que desistir do uso das pinças e acabou adotando uma série de técnicas alternativas.

Terceira mulher a ser premiada

A física da USP também comentou a premiação de Donna Strickland, outra entre os laureados com o Nobel de Física deste ano. Dos 112 cientistas premiados até agora com o Nobel de Física, apenas três foram mulheres. A primeira foi Marie Curie, que recebeu, junto com seu marido Pierre Curie, metade do prêmio de 1903 pelos seus trabalhos com radiatividade. A segunda premiada foi Maria Goeppert Mayer, que trabalhou no modelo nuclear de camadas e dividiu metade do prêmio de 1963 com Hans Jensen. Agora, 55 anos depois, o trabalho de uma mulher volta a ser reconhecido pela academia sueca.

Para Ana Magalhães, é preciso incentivar as mulheres para evitar que desistam de fazer ciência. Ela afirma sentir que o número de mulheres diminui à medida que se avança na carreira científica.“Eu cheguei a fazer disciplina, mais para o final do curso, em que eu era a única menina na sala”, relata.

Fonte: Jornal da USP

Cristiane Tavolaro

Sou física, professora e pesquisadora do departamento de física da PUC-SP. Trabalho com Ensino de Física, atuando principalmente em ensino de física moderna, ótica física, acústica e novas tecnologias para o ensino de física. Sou membro fundadora do GoPEF - Grupo de Pesquisa em Ensino de Física da PUC-SP e co-autora do livro paradidático Física Moderna Experimental, editado pela Manole.

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