É um vislumbre da ficção científica feita fato: os cientistas criaram uma nova forma de luz que poderia um dia ser usada para construir cristais de luz. Mas antes de os Jedis começarem a exigir seus sabres, é muito mais provável que o avanço leve a novas formas intrigantes de comunicação e computação, relatam pesquisadores nesta semana na revista Science .
A luz é composta de fótons - pequenos e rápidos pacotes de energia. Normalmente, os fótons não interagem um com o outro, e é por isso que, ao usar lanternas "você não vê os feixes de luz refletirem uns nos outros, você os vê um pelo outro", explica Sergio Cantu, Ph.D. candidato em física atômica no Massachusetts Institute of Technology. Em novos experimentos, no entanto, os físicos persuadiram fótons individuais a se aconchegarem uns aos outros e se ligarem, similarmente à forma como átomos individuais se unem em moléculas.
A dança dos fótons acontece em um laboratório no MIT, onde os físicos realizam experimentos com lasers. Cantu, seu colega Aditya Venkatramani, Ph.D. candidato em física atômica na Universidade de Harvard, e seus colaboradores começam criando uma nuvem de átomos de rubídio resfriados. O rubídio é um metal alcalino, de modo que normalmente se parece com um sólido branco prateado. Mas vaporizar o rubídio com um laser e mantê-lo ultracold cria uma nuvem que os pesquisadores contêm em um pequeno tubo e magnetizam. Isso mantém os átomos de rubídio difusos, em movimento lento e em um estado altamente excitado.
Em seguida, a equipe dispara um laser fraco na nuvem. O laser é tão fraco que apenas um punhado de fótons entra na nuvem, explica um comunicado de imprensa do MIT. Os físicos medem os fótons quando eles saem do outro lado da nuvem e é aí que as coisas ficam estranhas.
Normalmente, os fótons estariam viajando à velocidade da luz - ou quase 300.000 quilômetros por segundo. Mas ao passar pela nuvem, os fótons se movem 100.000 vezes mais lentamente que o normal. Além disso, em vez de sair da nuvem aleatoriamente, os fótons passam por pares ou trigêmeos. Estes pares e trigêmeos também emitem uma assinatura de energia diferente, um deslocamento de fase, que informa aos pesquisadores que os fótons estão interagindo.
"Inicialmente, não ficou claro", diz Venkatramani. A equipe viu dois fótons interagirem antes, mas eles não sabiam se os trigêmeos eram possíveis. Afinal, explica ele, uma molécula de hidrogênio é um arranjo estável de dois átomos de hidrogênio, mas três átomos de hidrogênio não podem permanecer juntos por mais de um milionésimo de segundo. "Não tínhamos certeza de que três fótons seriam uma molécula estável ou algo que poderíamos ver", diz ele.
Surpreendentemente, os pesquisadores descobriram que o agrupamento de três fótons é ainda mais estável do que dois. "Quanto mais você adiciona, mais fortemente eles estão vinculados", diz Venkatramani.
Mas como os fótons se unem? O modelo teórico dos físicos sugere que, à medida que um único fóton se move pela nuvem de rubídio, ele salta de um átomo para outro, "como uma abelha voando entre as flores", explica o comunicado de imprensa. Um fóton pode se ligar brevemente a um átomo, formando um átomo híbrido ou polaron. Se dois desses polaritons se encontram na nuvem, eles interagem. Quando eles alcançam a borda da nuvem, os átomos ficam para trás e os fótons navegam para a frente, ainda unidos. Adicione mais fótons e o mesmo fenômeno dá origem a trigêmeos.
"Agora que entendemos o que leva as interações a serem atraentes, você pode perguntar: você pode fazê-las se repelirem?" diz Cantu. Fundamentalmente, brincar com a interação pode revelar novos insights sobre como a energia funciona ou de onde ela vem, diz ele.
Para fins de avanços tecnológicos, os fótons unidos dessa maneira podem carregar informações - uma qualidade útil para a computação quântica. E a computação quântica poderia levar a códigos não-quebráveis, relógios ultraprecisos, computadores incrivelmente poderosos e muito mais. O que é tão atraente em codificar informações em fótons é que os fótons podem transportar suas informações através de distâncias muito rapidamente. Já os fótons aceleram nossas comunicações ao longo das linhas de fibra ótica. Fótons encadernados ou entrelaçados poderiam transmitir informações quânticas complexas quase instantaneamente.
A equipe prevê o controle das interações atraentes e repulsivas dos fótons com tanta precisão que eles poderiam organizar os fótons em estruturas previsíveis que se mantêm juntas como cristais. Alguns fótons se repelem, afastando-se até encontrarem seu próprio espaço, enquanto outros mantêm a maior formação e impedem que os repelentes se dispersem. Seu arranjo padronizado seria um cristal claro. Em um cristal de luz, "se você sabe onde um fóton é, então você sabe onde os outros estão por trás, em intervalos iguais", diz Venkatramani. "Isso pode ser muito útil se você quiser ter comunicação quântica em intervalos regulares."
O futuro que tais cristais poderiam permitir pode parecer mais nebuloso do que aquele em que as pessoas lutam com sabres de luz, mas poderia manter os avanços ainda mais impressionantes e inimagináveis até agora.
Nota do editor: Esta história foi corrigida para refletir que os fótons, não os átomos, entram na nuvem de rubídio e sua velocidade diminui enquanto eles passam.
