Físicos criam uma nova forma de luz

Cientistas do Instituto de Tecnologia de Massachusetts e da Universidade de Harvard demonstraram que é possível que dois feixes de luz se encontrem e se fundam em um único fluxo luminoso.

Se tentarmos cruzar a luz de duas lanternas, nada acontece. A luz não interage, isto porque os fótons individuais passam simplesmente uns pelos outros. Mas como seria se a luz pudesse realmente interagir?

Cientistas do Instituto de Tecnologia de Massachusetts, da Universidade de Harvard de outras instituições resolveram responder essa questão. Para isso, demonstraram que, afinal, é possível que dois feixes de luz se unam em um único fluxo luminoso.

No estudo, publicado na semana passada na Science, os cientistas queriam provar que as interações podem ocorrer entre mais de dois fótons. Por isso, esfriaram a nuvem de átomos de rubídio a temperaturas extremas, tornando assim os átomos muito mais fracos.

Quando apontaram um raio laser muito fraco para uma nuvem densa de átomos de rubídio ultrafrios, a equipe de cientistas descobriu que dessa experiência não resulta uma nuvem de fótons soltos aleatoriamente. Em vez disso, os fótons se uniram em pares e em trios sugerindo assim um tipo de interação nunca antes visto na luz: a atração.

Ao contrários dos fótons sem massa, que viajam a cerca de 300 mil quilômetros por segundo, os fótons “interligados” adquiriram uma fração da massa de um elétron, partículas relativamente lentas, que viajam 100 mil vezes mais devagar que os fótons não interativos.

Caso se consiga provar que os fótons conseguem interagir de outras maneiras, eles podem ser extremamente úteis na realização de cálculos quânticos rápidos e muito complexos.

Além disso, a equipe mediu também a frequência de oscilação dos átomos antes e depois de atravessarem a nuvem de átomos. “Quanto maior a fase dos fótons – a frequência de oscilação – mais fortes estão ligados entre si”, explicou Aditya Venkatramani, um dos autores do estudo, da Universidade de Harvard.

Os cientistas observaram então que quando as partículas de três fótons abandonavam a nuvem de átomos ao mesmo tempo, sua fase era diferente das dos fótons que não interagiam e cerca de três vezes maior que a diferença e fase das moléculas com apenas dois fótons.

“Isto significa que os fótons ‘em trio’ não interagem de forma independente, mas interagem juntos“, disse o cientista envolvido na experiência.

Para explicar a interação, a equipe explica que um fóton se move através da nuvem de átomos de rubídio e pousa sobre um átomo antes de saltar para o seguinte. Se outro fóton estiver viajando simultaneamente através da nuvem, pode também pousar durante algum tempo em um átomo de rubídio.

Nesse tempo em que o fóton pousa sobre o átomo, pode se dar uma espécie de fusão, formando-se um “polariton”: um híbrido metade fóton, metade átomo – uma verdadeira junção de partículas.

Esses dois polaritons formados podem interagir um com o outro através da sua componente atômica. Perto da nuvem, os átomos permanecem onde estão, enquanto que os fótons que saem continuam interligados. Este fenômeno pode ocorrer com três fótons, formando um vínculo ainda mais forte.

A interação de fótons implica que eles tenham se tornado fortemente correlacionados – uma propriedade fundamental na computação quântica.

Ciberia // Science Daily / HypeScience / ZAP

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