Energia

Laser que emite átomos em vez de luz próximo da realidade

Redação do Site Inovação Tecnológica -  19/12/2017

Equipamento usado para separar os diferentes estágios de resfriamento no espaço, em vez de no tempo. [Imagem: UVA]

Laser atômico

O laser já foi apontado como uma das invenções de mais longo alcance da nossa era tecnológica.

A expectativa é que um futuro laser atômico - um laser no qual as ondas de luz são substituídas pelas ondas quânticas dos átomos - possa ter aplicações igualmente importantes, por exemplo, na construção de relógios ultraprecisos, na litografia, em imageamento e, a bem dizer, em um número ainda não imaginado de aplicações.

Em um laser comum, as ondas de luz formam um estado coerente: quando essas ondas saem do laser, elas oscilam exatamente da mesma maneira, com a mesma frequência e na mesma fase. A mecânica quântica nos diz que as partículas de que somos feitos - quarks, elétrons e até mesmo átomos inteiros - também possuem propriedades semelhantes a ondas.

Mas será que os átomos também podem ser colocados em um estado coerente? Será que poderemos construir um laser que, em vez de luz, brilhe com átomos?

Que a resposta teórica a esta questão é "sim" é um fato que qualquer estudante de física pode demonstrar facilmente. Mas Shayne Bennetts e Chun-Chia Chen, da Universidade de Amsterdã, na Holanda, deram agora um passo importante para viabilizar a construção prática de um laser atômico.

• Cientista propõe construção de um laser nuclear

Emissão laser de átomos

A bem da verdade, emissões laser de átomos já foram demonstradas na prática, mas com os átomos sendo extraídos de um condensado de Bose-Einstein, uma nuvem de gás a uma temperatura muito baixa na qual todos os átomos são colocados no mesmo estado de onda quântica. Para isto é necessário resfriar o gás em vários estágios, que duram dezenas de segundos cada um.

Isto significa que os átomos são extraídos em golfadas, com a emissão laser funcionando por frações de segundo e depois precisando esperar dezenas de segundos para emitir outro pulso. Contudo, para ser prático, o laser atômico precisa funcionar continuamente. O desafio real, portanto, é colocar os átomos no mesmo estado de onda com rapidez suficiente para que o laser atômico tenha acesso a um fornecimento contínuo de partículas coerentes.

A sacada de Bennetts e Chen foi que um fornecimento contínuo de átomos coerentes pode ser obtido separando os diferentes estágios de resfriamento no espaço, em vez de no tempo. Cada estágio do resfriamento ocorre em um local diferente: os átomos são resfriados por lasers comuns enquanto estão a caminho do local onde o laser de átomos final será emitido.

A equipe conseguiu fazer isso explorando as propriedades especiais do estrôncio, um elemento com a estrutura eletrônica certa para ser resfriada aos poucos, passo a passo, enquanto está em movimento.

No estágio atual, eles implementaram as primeiras etapas do resfriamento contínuo, levando à existência permanente de uma nuvem de gás que é muito mais fria e muito mais densa do que em qualquer tentativa anterior. Mas ainda falta a caracterização definitiva dessa emissão em nuvem como um condensado de Bose-Einstein.

A equipe espera alcançar esse nível e produzir uma emissão contínua de laser atômico no próximo ano.

Bibliografia:

Steady-State Magneto-Optical Trap with 100-Fold Improved Phase-Space Density
Shayne Bennetts, Chun-Chia Chen, Benjamin Pasquiou, Florian Schreck
Physical Review Letters
Vol.: 119, 223202
DOI: 10.1103/PhysRevLett.119.223202