Físicos criaram 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 num único fluxo luminoso.

Se tentarmos cruzar a luz de duas lanternas, nada acontece. A luz não interage, isto porque os fotões 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 a esta questão. Para isso, demonstraram que afinal é possível que dois feixes de luz se fundam num único fluxo luminoso.

No estudo, publicado na quinta-feira na revista Science, os cientistas queriam provar que estas interações podem ocorrer entre mais de dois fotões. Para isso, arrefeceram 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 equipa de cientistas descobriu que dessa experiência não resulta uma nuvem de fotões soltos aleatoriamente. Em vez disso, os fotões uniram-se em pares e em trios sugerindo assim um tipo de interação nunca antes visto na luz: a atração.

Ao contrários dos fotões sem massa, que viajam a cerca de 300 mil quilómetros por segundo, os fotões “interligados” adquiriram uma fração da massa de um eletrão, partículas de luz relativamente lentas, que viajam 100.000 vezes mais devagar do que os fotões não interativos.

Caso se consiga provar que os fotões conseguem interagir de outras maneiras, estes podem revelar-se extremamente úteis na realização de cálculos quânticos rápidos e muito complexos.

Além disso, a equipa mediu também a frequência de oscilação dos átomos antes e depois de atravessarem a nuvem de átomos. “Quanto maior a fase dos fotões – 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 fotões abandonavam a nuvem de átomos ao mesmo tempo, a sua fase era diferente das dos fotões que não interagiam e cerca de três vezes maior do que a diferença e fase das moléculas com apenas dois fotões.

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

Para explicar esta interação, a equipa explica que um fotão move-se através da nuvem de átomos de rubídio e pousa sobre um átomo antes de saltar para o seguinte. Se outro fotão estiver a viajar simultaneamente através da nuvem, pode também pousar durante algum tempo num átomo de rubídio.

Nesse tempo em que o fotão pousa no átomo, pode dar-se uma espécie de fusão, formando-se um “polariton”: um híbrido metade fotão, metade átomo – uma verdadeira junção de partículas.

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

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

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