A LUZ PODE RICOCHETEAR NA LUZ?

Acenda duas lanternas de modo que seus feixes se cruzem: cada feixe segue como se o outro não estivesse ali. É o princípio da superposição, no coração da óptica. Ele vale porque as equações do eletromagnetismo são lineares, e corresponde à experiência cotidiana.

Desde os trabalhos de Euler, Heisenberg e Kockel, nos anos 1930, os físicos sabem que o princípio não é totalmente exato. A física quântica preenche o vácuo de flutuações fugazes — na eletrodinâmica quântica, pares virtuais de elétrons e pósitrons. Por meio deles, a luz pode sentir a luz. Daí decorrem duas consequências: o espalhamento de luz por luz (light-by-light scattering), em que um feixe desvia fótons de outro, e a birrefringência do vácuo, em que o vácuo muda a polarização da luz que atravessa um campo intenso. Nenhuma das duas foi verificada experimentalmente em baixa energia, onde os fótons carregam muito menos energia que a massa de um elétron.

Raios X contra um laser intenso

A colaboração BIREF@HIBEF — cerca de 80 pesquisadores, incluindo equipes do Helmholtz Institute Jena e do Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf — montou a colisão no European X-Ray Free-Electron Laser (laser europeu de elétrons livres de raios X), em Schenefeld, na Alemanha:

• a bomba (pump): o laser ReLaX, pulsos de infravermelho próximo de 23 femtossegundos carregando 4 joules, focalizados num ponto de cerca de 1,1 por 1,4 micrômetro, atingindo 7,7 × 10²¹ watts por centímetro quadrado;
• a sonda (probe): pulsos de raios X de 8,766 keV, cada um com cerca de 100 bilhões de fótons, disparados de frente contra a bomba.

O campo intenso da bomba deveria polarizar levemente o vácuo, e alguns fótons de raios X deveriam sair com a polarização invertida. Mesmo em condições ideais, isso é cerca de um fóton em 10¹³ — e esses fótons viajam na mesma direção que os outros 100 bilhões.

A montagem de campo escuro: um fio projeta uma sombra no feixe de raios X, o sinal do vácuo quântico criado na colisão passa pela abertura, e um divisor de feixe separa suas duas polarizações. — Figura 1, Matheron, Šmíd et al. (2026), arXiv:2611.04531.

Esconder o feixe numa sombra

O truque é um campo escuro (dark field). Um fio de tungstênio polido, de 250 micrômetros de espessura, é colocado no feixe de raios X antes de ele ser focalizado. Ele projeta uma sombra. No foco, a sombra desaparece; depois dele, a sombra reaparece — mas o sinal criado pela colisão se espalha para dentro dela. Uma abertura de 40 micrômetros bloqueia então o feixe principal e deixa passar a região sombreada, e um cristal de germânio separa as duas polarizações em dois detectores contadores de fótons. Apenas cerca de 4 fótons de raios X em um trilhão do feixe principal vazaram para o canal de polarização invertida.

A bomba dispara a 0,5 hertz e a sonda a 10 hertz, então cada colisão vem acompanhada de 19 disparos de referência sem a bomba. Em 2.751 colisões e 52.441 disparos de referência, o canal invertido contou 0,4649 fóton por disparo com a bomba, 0,4636 sem ela: nenhuma diferença. Depois de subtraído o fundo, o excesso foi de −0,0024 fóton por disparo, compatível com zero.

Um silêncio dez bilhões de vezes mais eloquente

Para saber o que o silêncio significa, a equipe simulou o experimento inteiro, feixe por feixe e lente por lente, incluindo o desalinhamento medido em cada disparo. A eletrodinâmica quântica prevê um total de apenas 0,0008 fóton no canal invertido para a campanha inteira: muito abaixo do que esta rodada conseguiria detectar.

O resultado é um limite superior. Com 95% de confiança, o espalhamento de luz por luz é no máximo 70.000 vezes o valor previsto pela eletrodinâmica quântica, numa energia de colisão de 116 elétron-volts. Um sinal de mais de 56 fótons nas 2.751 colisões teria se destacado. Experimentos anteriores em baixa energia só tinham alcançado limites cerca de dez bilhões de vezes mais fracos.

Limites superiores para o espalhamento de luz por luz, em relação à previsão quântica (linha vermelha tracejada em 1): este experimento, em 70.000, contra experimentos anteriores de baixa energia. — Figura 4, Matheron, Šmíd et al. (2026), arXiv:2611.04531.

Fechar a distância

A distância de 70.000 não está fora de alcance, segundo os autores. Operar o ReLaX com os 8 joules e 1 hertz publicados daria 8 vezes mais sinal no mesmo tempo; uma geometria de campo escuro livre das restrições da instalação atual melhoraria a rejeição do fundo por um fator de mais de mil; detectores mais rápidos ganhariam mais um fator de dez ou mais. Juntas, essas melhorias deveriam permitir a primeira observação direta em laboratório do espalhamento da luz pela luz — e depois medir os dois números, a e b, que a eletrodinâmica quântica atribui à resposta do vácuo.