Energia

Fótons interagem com fótons, criando moléculas de luz

Redação do Site Inovação Tecnológica -  22/02/2018

Uma possibilidade tentadora seria usar os fótons que interagem entre si para fazer sabres de luz. [Imagem: Christine Daniloff/MIT]

Fótons que interagem entre si

Faça um experimento rápido: leve duas lanternas para uma sala escura e faça com que os feixes de luz de ambas se cruzem no espaço vazio.

Apenas para lhe poupar um pouco de trabalho, vale adiantar que o resultado será decepcionante: você não observará nada de peculiar. Isso ocorre porque os fótons individuais que compõem a luz não interagem entre si, eles simplesmente passam uns pelos outros, indo iluminar a parede ou o que encontrarem pela frente.

Mas, e se as partículas de luz pudessem ser induzidas a interagir, atraindo-se e repelindo-se como os átomos na matéria comum?

Uma possibilidade tentadora, embora ainda no reino da ficção científica, seria a fabricação de sabres de luz - feixes de luz que poderiam puxar e empurrar um ao outro. Ou, em um cenário mais provável, dois feixes de luz poderiam se encontrar e se fundir em um fluxo luminoso único para fazer coisas como... computações.

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Moléculas de luz

Pode parecer que esse comportamento óptico exigiria quebrar as leis da física, mas, de fato, ele acaba de ser demonstrado em um experimento bem comportado - sob condições especiais, os fótons de fato interagiram.

Qi-Yu Liang e seus colegas descreveram como os fótons se juntaram em duplas e trios, juntando-se para formar um tipo completamente novo de matéria fotônica - essencialmente, moléculas de luz.

O experimento consistiu em disparar um raio laser muito fraco através de uma nuvem densa de átomos de rubídio ultrafrios - um condensado de Bose-Einstein, uma espécie de átomo artificial, já que, sob temperaturas criogênicas, os átomos de rubídio entram em ressonância e passam a se comportar como se fossem um único átomo.

A surpresa é que, em vez de saírem da nuvem como fótons soltos, espaçados aleatoriamente, o que emergiu foram fótons unidos em pares ou mesmo trigêmeos, sugerindo que algum tipo de interação ocorreu entre eles - neste caso, uma atração.

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Os fótons juntaram-se em pares e trios, ganharam massa e ficaram mais lentos. [Imagem: Qi-Yu Liang et al. - 10.1126/science.aao7293]

Interações entre partículas

Embora os fótons normalmente não tenham massa e viajem a quase 300.000 quilômetros por segundo (a velocidade da luz), os fótons ligados na verdade adquiriram uma fração da massa de um elétron. Essas partículas de luz pesadas também se mostraram relativamente lentas, viajando cerca de 100.000 vezes mais devagar do que os fótons comuns.

Estes resultados, se confirmados por outras equipes, demonstram que os fótons podem, de fato, se atrair, ou se entrelaçar, uns com os outros. Como o átomo artificial gerou esse efeito é algo que ainda deverá ser pesquisado. Mas, se for possível fazê-los interagir de outras maneiras, esses fótons pesados poderiam ser usados para realizar cálculos - em processadores quânticos ou fotônicos extremamente rápidos, por exemplo.

Em seu artigo, a equipe se pergunta também se essas interações poderiam ocorrer não apenas entre dois fótons, mas também entre outras partículas.

"Por exemplo, você pode combinar moléculas de oxigênio para formar O2 e O3 (ozônio), mas não O4, e, para algumas moléculas, você não consegue formar nem mesmo uma molécula de três partículas. Então, fica uma questão em aberto: Você poderia adicionar mais fótons a uma molécula para fazer coisas maiores e maiores?" sugeriu o professor Vladan Vuletic, que há algum tempo vem sugerindo a possibilidade real de se criar moléculas de luz, cristais de pura luz e... sabres de luz.

É bom lembrar que, há pouco mais de um ano, uma equipe alemã apresentou uma outra técnica que também permite alterar a luz com a própria luz, uma outra forma de fazer com que fótons interajam com fótons.

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Bibliografia:

Observation of three-photon bound states in a quantum nonlinear medium
Qi-Yu Liang, Aditya V. Venkatramani, Sergio H. Cantu, Travis L. Nicholson, Michael J. Gullans, Alexey V. Gorshkov, Jeff D. Thompson, Cheng Chin, Mikhail D. Lukin, Vladan Vuletic
Science
DOI: 10.1126/science.aao7293