Físicos formam uma quasipartícula com dois fótons de luz

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Imagem: D. V. Skryabin et al. /Physical Review Research
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A noção de que as ondas de luz possuem uma massa associada é um fato que intriga muita gente. No mundo da Física, no entanto, além de a verdade científica ser bem conhecida, faz parte de um campo chamado eletrodinâmica quântica, que estuda a forma pela qual um objeto imaterial, como a luz, interage diretamente com a matéria.

A partir desse conceito paradoxal, de que ondas têm massa, um grupo de pesquisadores publicou recentemente um estudo na revista Physical Review Research, onde relatam a descoberta de uma “receita” para criar uma nova quasipartícula, “interligando” duas partículas fundamentais da luz, os fótons, de cores diferentes.

Se a luz se misturasse, o resultado seria uma cor mista, mas no experimento os dois fótons permanecem acoplados um ao outro, comportando-se como se fossem uma partícula única, uma quasipartícula. O conceito foi criado pelo ganhador do Nobel, Lev Davidovich Landau, para descrever um constituinte da matéria que se comporta como se fosse único dentro de estados coletivos com muitas partículas.

Neste experimento, o conceito de quasipartícula foi atribuído pelos pesquisadores depois que o par fóton-fóton apresentou o seu próprio momento e a sua própria energia, o que permitiu que até a sua massa pudesse ser calculada: como previsto pela equipe, fótons-fótons são mil vezes mais leves do que os elétrons.

Polaritons fóton-fóton

Microrresonador (Fonte: Erik H. Horak/Reprodução)Microrresonador (Fonte: Erik H. Horak/Reprodução)Fonte:  Erik H. Horak 

Tão logo comprovada a sua existência física, as novas quasipartículas resultantes foram batizadas de polaritons fóton-fóton, ou seja, quasipartículas nascidas da junção de elétrons com fótons, um campo de estudos surgido na década de 1980 chamado plasmônica, que estuda o comportamento de ondas densas de elétrons.

Manipular em laboratório dois “pedaços” de luz só foi possível devido ao desenvolvimento dos microrressonadores, dispositivos que permitem armazenar luz, forçando-a a dar voltas em torno de um pequeno anel ou prato.

A descoberta dessa quasipartícula deverá ter aplicações práticas em desenvolvimentos de sistemas de comunicação óptica e quântica, e em medições precisas de frequência, tempo e distância.