Um grupo de pesquisadores liderado pelo professor de Física de Harvard Mikhail Lukin e pelo professor de Física do Instituto Tecnológico de Massachusetts Vladan Vuletic deram um passo inesperado no conhecimento que tínhamos sobre a natureza da luz e conseguiram criar um estado de matéria que até há algumas semanas era puramente teórico: fotões que se comportam como se tivessem massa.
Os fotões foram descritos durante décadas como partículas sem massa que não podem interagir entre si. Por exemplo, se cruzamos dois raios laser, os respetivos feixes de luz passarão um através do outro e se atravessarão ao cruzar-se.
Moléculas de luz: do laser tradicional às espadas de luz
Imagem: Flickr. PackardFoundation
O grupo de pesquisadores do Centro de Átomos Ultrafrios Harvard-MIT foi capaz de criar um tipo de meio (que eles denominaram extremo) no que os fotões interagem entre si com tanta força que se comportam como se tivessem massa, a unir-se para formar moléculas.
Lukin declarou que não é estranho fazer uma analogia com as espadas de laser que aparecem em filmes como Guerra nas estrelas, o que até então era pura ficção científica. A física que teoricamente apoia o que vemos nestes filmes é muito parecida ao que eles conseguiram: os fotões, ao interagirem entre si, se empurram e se defletem uns aos outros.
O experimento
Os cientistas bombearam átomos de rubídio numa câmara a vácuo criando uma nuvem que esfriaram até quase alcançar o zero absoluto. Utilizando impulsos de laser muito débeis dispararam fotões individuais à nuvem de átomos. “Quando os fotões entram na nuvem, sua energia excita os átomos na sua trajetória, o que provoca uma forte desaceleração nos fotões. A medida em que os fotões movem-se pela nuvem, essa energia vai passando de um átomo ao outro e depois abandona a nuvem com o fotão”, explica Lukin num artigo publicado na página web da Universidade de Harvard. E acrescenta: “Quando o fotão abandona o meio, sua identidade é preservada. O efeito é o mesmo observado na refração da luz num copo de água. A luz entra na água, entrega parte de sua energia ao meio e ali existe como luz e matéria. No entanto, quando sai, continua a ser luz. O processo é o mesmo, embora neste caso seja um pouco mais extremo. A luz é desacelerada consideravelmente e entrega muito mais energia do que na refração”.
Fotões com uma forte atração mútua num meio quântico não linear. (Imagem: Nature).
Os cientistas demonstraram estar surpreendidos ao comprovar que quando dispararam dois fotões à nuvem, ambos saem juntos, como uma única molécula. Isso ocorre devido ao denominado efeito de bloqueio Rydberg: quando um átomo é excitado, os que estão ao seu redor não podem ser excitados no mesmo grau. Na prática, isto significa que ao entrar dois fotões numa nuvem atómica, o primeiro excita um átomo, mas precisa avançar para que o segundo fotão possa excitar átomos próximos. O resultado é que os dois fotões começam um “puxar e empurrar” através da nuvem enquanto sua energia passa de um átomo ao seguinte. Isto leva os dois fotões a se comportarem como uma só molécula e, ao abandonar o meio onde estão, aumenta em muito a probabilidade de que o façam juntos como molécula e não como fotões individuais.
Lukin reconhece que esta descoberta acaba de abrir um imenso campo a ser explorado, mas afirma que os princípios físicos que estabeleceu com seu trabalho são, sem dúvida nenhuma, importantes e que, entre outras aplicações, servirão para construir computadores quânticos.
