Cientistas criam partículas híbridas de luz e matéria com novos comportamentos
Pesquisadores da Universidade de Chicago, nos EUA, criaram partículas híbridas – metade átomo, metade luz – que podem se comportar de formas totalmente novas.
Meio átomo, meio fóton
A ideia surgiu a partir de uma característica dos átomos que normalmente serve para nos permitir identificá-los: cada átomo absorve e emite luz de um jeito, e essa “assinatura” é igual em qualquer lugar do universo, seja aqui na Terra ou no meio do espaço.
Os cientistas já sabiam que campos elétricos e magnéticos podiam interferir com essa assinatura, contudo.
Logo, no novo estudo, eles utilizaram lasers para criar “cópias” dos átomos com novas energias (as assinaturas continuam com a mesma composição, mas seus elétrons são bagunçados).
Isso, por sua vez, permitiu que os cientistas criassem partículas híbridas, feitas de matéria e luz.
Polariton de Floquet
A nova partícula meio átomo meio fóton é chamada de “polariton de Floquet”.
O principal autor da pesquisa, o estudante de pós-doutorado Logan Clark, havia desenvolvido no passado uma técnica para manipular matéria quântica chamada de “engenheira de Floquet”.
Este é um processo que cria cópias de estados quânticos. “Nós víamos as cópias como um efeito colateral ao invés do objetivo, mas, desta vez, alteramos nossos elétrons com a intenção específica de fazer cópias”.
Usando a intensidade e outros recursos do laser, os pesquisadores conseguiram criar cópias de átomos exatamente do jeito que desejavam, com as energias que desejavam. Vale observar que essas cópias ficam “amarradas” a seus originais – se elas mudam, os originais mudam.
Ao permitir que fótons interajam com essas cópias de átomos alterados, os cientistas geraram os polaritons de Floquet, quase-partículas que são uma mistura de luz e átomo.
Comportamento totalmente novo
Diferentemente dos fótons normais, que se movem na velocidade da luz e não reagem uns aos outros, os polaritons de Floquet interagem bastante entre si. Essas interações são essenciais para criar matéria a partir da luz.
Em outras palavras, fazer polaritons com átomos alterados pode dar às quase-partículas muito mais flexibilidade para se movimentar e colidir.
“Polaritons de Floquet são caixinhas de surpresas; ainda estamos os entendendo melhor. Nossa próxima tarefa será usar esses fótons em colisão para fazer ‘fluidos’ topológicos de luz. É um momento tremendamente empolgante”, explicou Clark ao Phys.org.
Aplicações
As técnicas usadas no estudo poderiam um dia ajudar os pesquisadores a criar computadores mais poderosos ou comutadores quânticos virtualmente à prova de hackers.
As “cópias” de estados atômicos em várias energias oferecem diversas possibilidades para conversão de frequência óptica, uma ferramenta fundamental na criação de métodos seguros de comunicação quântica.
Um artigo descrevendo a pesquisa foi publicado na prestigiada revista científica Nature. [Phys]
