A propagação de uma onda luminosa é modificada pelo movimento do meio no qual ela se propaga. O fenômeno é conhecido desde o século 19o, mas é difícil de observar devido à diferença de escala entre a velocidade da luz e a do meio em movimento. É por isso que, até agora, só tinha sido evidenciado em condições muito específicas onde a velocidade da luz é artificialmente reduzida.
Ilustração do fenômeno de rotação da imagem observado experimentalmente para uma onda de Alfvén. A estrutura transversal da onda (lóbulos azul e vermelho) produzida pela antena pode ser girada em ambos os sentidos controlando a rotação da coluna de plasma (nuvem de pontos).
© Renaud Gueroult et al.
Pesquisadores do Laboratório de Plasma e Conversão de Energia (Laplace, CNRS/Toulouse INP/Universidade de Toulouse), em colaboração com a Universidade da Califórnia em Los Angeles (UCLA), o Laboratório de Física dos 2 Infinitos - Irène Joliot-Curie (IJCLab, CNRS/Universidade de Paris-Saclay) e a Universidade de Princeton, observaram pela primeira vez experimentalmente o arrastamento de uma onda por um meio natural em rotação, produzindo uma rotação de imagem em um plasma.
O fenômeno está relacionado à formação, nos plasmas, de variações do campo magnético que assumem a forma de ondas lentas. Estas ondas, cuja existência tinha sido prevista pelo astrofísico Hannes Alfvén em meados do século 20o, foram subsequentemente observadas em laboratório e no espaço.
Um plasma constitui portanto um meio propício à observação do fenômeno de arrastamento de uma onda, desde que se consiga colocá-lo em movimento. Foi isso que os pesquisadores conseguiram, utilizando o Large Plasma Device (LAPD) da Universidade da Califórnia em Los Angeles para colocar um plasma em rotação, e nele observar a rotação correspondente das ondas de Alfvén. O LAPD produz uma coluna de plasma de 20 metros de comprimento e 75 centímetros de diâmetro. O dispositivo montado para este estudo focou-se numa secção de cinco metros do equipamento. Nas extremidades, de um lado, uma antena que cria perturbações magnéticas gerando ondas de Alfvén, do outro, um conjunto de eletrodos que coloca o plasma em movimento de maneira controlada. Os parâmetros do plasma e da onda são medidos em vários pontos da secção da coluna.
O fenômeno observado é uma rotação da estrutura transversal da onda (seu perfil de amplitude no plano perpendicular à direção de propagação), sob o efeito da rotação do plasma que ela atravessa. O equivalente, se utilizássemos ondas no domínio visível, à rotação de uma imagem (ver ilustração).
Estes estudos poderão abrir caminho a novos instrumentos para sondar a matéria à distância, seja em astrofísica ou para o estudo da fusão nuclear. Eles permitem também, no plano fundamental, compreender melhor o acoplamento de momento angular entre uma onda e um meio em rotação. Novas experimentações estão previstas no LAPD, a fim de estudar outros efeitos do movimento do plasma na propagação das ondas de Alfvén.