Autor: Daniel Valin | Publicado: 2013-11-07T21:03:00-03:00

Saiu no site inovação&nbsp; tecnológica:

Moleculas de luz: cristais de pura luz


Moléculas de luz, cristais de pura luz e... sabres de luz

Redação do Site Inovação Tecnológica - 01/10/2013



"Não é uma analogia fora de propósito comparar isso com os sabres de luz," garante o pesquisador.  [Imagem:&nbsp;Divulgação]

Em 2005, cientistas alemães saram pulsos de energia chamados sólitons&nbsp; para criar o que eles chamaram de moléculas de luz.

&nbsp;


Ofer Firstenberg e seus colegas da Universidade de Harvard e do MIT, nos Estados Unidos, podem agora requisitar a primazia da expressão.


É que eles usaram fótons para criar moléculas de luz "autênticas", um
 feito que desafia o saber científico sobre a luz, podendo criar um novo
 estado da matéria que os pesquisadores comparam aos sabres de luz de 
Guerra nas Estrelas.


Moléculas fotônicas e sabres de luz


A criação
 de "moléculas fotônicas", onde fótons fazem o papel de átomos, 
contraria o conhecimento científico aceito há décadas sobre a natureza 
da luz.


Afinal, fótons têm sido descritos como partículas sem massa que não 
interagem uns com os outros - dispare dois feixes de laser um em direção
 ao outro e eles simplesmente vão passar um pelo outro, sem se afetar.


Isso em condições ambientais "normais" - mude o meio onde os fótons se propagam e as coisas podem começar a mudar.




O
 ambiente onde os fótons agem como se tivessem massa para formar 
moléculas de luz é uma atmosfera de átomos de rubídio injetados no 
interior de uma câmara de vácuo.   [Imagem: Thibault Peyronel et 
al./Nature]

"O que fizemos foi criar um tipo especial de meio no qual os fótons 
interagem uns com os outros tão fortemente que eles começam a agir como 
se tivessem massa, ligando-se para formar moléculas. Esse tipo de estado
 ligado fotônico tem sido discutido teoricamente há um bom tempo, mas 
até agora não tinha sido observado," explica o professor Mikhail Lukin.


Lukin e seus colegas têm um histórico significativo de demonstrações na área fotônica: primeiro eles conseguiram transferir informações da matéria para a luz e, mais recentemente, demonstraram a viabilidade das redes quânticas fazendo a luz trocar dados com matéria sólida.


Para explicar as moléculas de luz, Lukin foi buscar uma analogia nos sabres de luz dos guerreiros Jedi.


"Não é uma analogia fora de propósito comparar isso com os 
sabres de luz," disse ele. "Quando esses fótons interagem uns com os 
outros, eles estão empurrando e desviando uns aos outros. A física do 
que está acontecendo nestas moléculas é semelhante ao que se vê nos 
filmes [Guerra nas Estrelas]."


Criando moléculas de luz


Mas não vai dar para sair lutando por aí.


O ambiente onde os fótons agem como se tivessem massa para formar 
moléculas de luz é uma atmosfera de átomos de rubídio criada no interior
 de uma câmara de vácuo, tudo resfriado a algumas frações de grau acima 
do zero absoluto.




Um cristal de luz com poucos "átomos" já foi demonstrado usando feixes de raios laser. [Imagem: I. Bloch/MPQ]

Quando um fóton entra na nuvem de átomos frios, sua energia vai 
excitando os átomos ao longo de seu trajeto, o que faz com que sua 
velocidade se reduza dramaticamente. A surpresa é que o que sai do outro
 lado é o mesmo fóton que entrou.


"Quando os fótons saem do meio, sua identidade é preservada," explica
 Lukin. "É o mesmo efeito que vemos com a refração da luz em um copo de 
água. A luz entra na água, cede parte de sua energia para o meio; dentro
 [do copo] ela existe como luz e matéria acopladas, mas, quando sai, 
continua sendo luz."


A diferença é que, neste novo experimento, o fóton cede muito mais energia, o que causa a redução na sua velocidade.


Mas o mais interessante ainda estava por vir: quando são disparados 
não um, mas dois fótons, depois de atravessar o ambiente de átomos 
superfrios, o que emerge são moléculas fotônicas. Os fótons não saem 
individualmente, eles saem juntos, como uma molécula formada por dois 
fótons.


A explicação para o fenômeno foi encontrada em um efeito chamado de "bloqueio de Rydberg",
 que afirma que, quando um átomo é excitado, átomos próximos não podem 
ser excitados com a mesma intensidade - na prática, isso significa que, 
quando dois fótons entram na nuvem atômica, o primeiro excita um átomo, 
mas deve avançar antes que o segundo fóton possa excitar átomos 
próximos.


O resultado, segundo o pesquisador, é que os dois fótons puxam e 
empurram um ao outro através da nuvem conforme sua energia é transferida
 de um átomo para o outro.


"É uma interação fotônica mediada pela interação atômica," disse 
Lukin. "Isto faz com que estes dois fótons comportem-se como uma 
molécula, e quando eles saem do meio eles são muito mais propensos a 
fazê-lo juntos do que como fótons individuais."




Cristal do tempo poderá sobreviver ao fim do Universo. [Imagem: Cortesia iStockphoto/M-X-K]

Cristais de pura luz


Mas, se não dá para construir sabres de luz com as moléculas fotônicas, será que elas servem para alguma coisa?


A resposta é sim, e certamente muito mais produtiva do que ficar dando "espadadas" nos outros.


A possibilidade mais prática é na tarefa de levar luz até o interior dos processadores, substituindo os fios e evitando o aquecimento.


Mais no futuro, computadores quânticos que possam contar com fótons 
que interagem entre si poderão fazer toda a computação usando unicamente
 essas unidades fundamentais da luz, com um gasto de energia mínimo e 
com uma velocidade imbatível.


Ainda mais no futuro, Lukin disse que poderá ser possível usar as 
moléculas de luz para criar redes fotônicas similares às redes atômicas -
 e criar cristais feitos inteiramente de luz.


"Para o que eles serão úteis ainda não sabemos, mas será um novo 
estado da matéria, de forma que novas aplicações poderão surgir conforme
 nós continuamos a investigar as propriedades dessas moléculas 
fotônicas," concluiu ele.


Bibliografia:
Attractive photons in a quantum nonlinear mediumOfer Firstenberg, Thibault Peyronel, Qi-Yu Liang, Alexey V. Gorshkov, Mikhail D. Lukin, Vladan VuleticNatureVol.: Published onlineDOI: 10.1038/nature12512