Físicos criaram dispositivo que gera “massa negativa”

Michael Osadciw/University of Rochester

Quando uma força é exercida sobre um objeto, o seu comportamento é bastante previsível: o objeto afasta-se da fonte da força que o empurra. Mas, recentemente, os físicos descobriram que é possível que um objeto atue de forma inversa, ou seja, que se aproxime da força feita sobre ele, como se tivesse massa negativa. A isso, a física dá o nome de polaritão.

Agora, físicos da Universidade de Rochester, nos EUA, criaram o primeiro dispositivo capaz de gerar polaritões à temperatura ambiente, ou seja, partículas que se comportam como se tivessem massa negativa.

O dispositivo gera uma partícula que é uma estranha mistura entre luz e matéria e pode ser a base para um novo tipo de laser que poderia operar com muito menos energia do que as tecnologias atuais.

Isso é possível graças a uma combinação de fotões com uma espécie de quase-partícula chamada de excitonium , uma forma de matéria teorizada há muito tempo e que teve sua existência comprovada recentemente, para fazer a mistura, a que alguns cientistas se referem carinhosamente como “pó mágico”

“É interessante e excitante da perspetiva da física“, diz o físico quântico Nick Vamivakas, do Instituto de Ótica de Rochester. “O dispositivo que criamos apresenta uma maneira de gerar luz laser com uma quantidade incrementalmente pequena de energia”, celebra.

O dispositivo consiste em dois espelhos que criam uma microcavidade ótica, que limita a luz em diferentes cores do espectro, dependendo de como os espelhos estão espaçados.

Os investigadores do laboratório de Vamivakas, incluindo os co-autores Sajal Dhara, agora investigador do Indian Institute of Technology, e Chitraleema Chakraborty, incorporaram um semicondutor na microcavidade de tal forma que a sua interação com a luz confinada resultou em pequenas partículas de excitonium combinadas com os fotões da luz confinada para formar polaritões.

“Ao fazer com que um excitonium prescinda de uma parte da sua identidade por um fotão para criar um polaritão, acabamos com um objeto que tem uma massa negativa associada”, explica Vamivakas.

O par está unido pela força de Coulomb, muitas vezes presente quando a luz interage com certos materiais. No caso deste estudo, esse material é o semicondutor atómico e fino feito de disselenida de molibdénio.

A massa negativa é um conceito difícil. A massa é frequentemente observada como uma resistência ou resposta a uma força. É mais difícil empurrar e parar uma bola de bowlig do que um berlinde. Um objeto que se comporta como se tivesse massa negativa, como os polaritões, va assumir comportamentos inesperados.

As aplicações para a descoberta são encorajadoras. Ao exibir as características de ter massa negativa, os polaritões poderiam ajudar a criar lasers com uma quantidade de energia muito menor do que é feito atualmente.

Os físicos até começaram a considerar se essa “poeira mágica” de luz e matéria poderia ser usada como base num supercomputador radicalmente novo. E, não sendo propriamente as partículas mais excitantes com que a física quântica nos presenteia, são seguramente suficientemente bizarras para que comecemos a dar-lhes atenção.