Criada uma molécula de luz e matéria

Redação do Site Inovação Tecnológica - 02/08/2022

Os átomos são polarizados pelo feixe de luz e começam a se atrair uns aos outros, estabelecendo uma ligação molecular fraca.
[Imagem: Harald Ritsch/TU Wien]

Ligação da luz com a matéria

Um estado especial de ligação entre átomos, induzido por luz, foi criado em laboratório pela primeira vez.

É essencialmente uma molécula de luz e matéria.

Usando um feixe de laser, pesquisadores demonstraram que é possível fazer com que átomos sejam polarizados de modo que fiquem carregados positivamente de um lado e negativamente do outro. Isso fez com que eles se atraíssem, criando um estado de ligação muito especial - uma ligação muito mais fraca do que a ligação entre dois átomos em uma molécula comum, mas ainda assim mensurável.

"Polarizar átomos individuais com feixes de laser não é nenhuma novidade," disse o professor Matthias Sonnleitner, que lançou as bases teóricas para o experimento. "A coisa crucial sobre o nosso experimento, no entanto, é que conseguimos pela primeira vez polarizar vários átomos juntos de forma controlada, criando uma força atrativa mensurável entre eles."

A atração vem dos próprios átomos polarizados, mas é o feixe de laser que lhes dá a capacidade de se comportar assim, formando a molécula de luz-matéria.

Essa interação poderá ser útil para manipular átomos extremamente frios em experimentos de física quântica, mas o efeito também pode desempenhar um papel na formação de moléculas no espaço, onde pequenas forças podem desempenhar um papel significativo.

Na teoria, esse efeito foi previsto há algum tempo, mas só agora Mira Maiwoger e colegas das universidades Tecnológica de Viena e Innsbruck, na Áustria, conseguiram pela primeira vez medir essa ligação atômica exótica.

Molécula de luz-matéria

Em um átomo eletricamente neutro, o núcleo positivamente carregado é cercado por elétrons, carregados negativamente, que cercam o núcleo atômico como uma nuvem.

"Se você então ligar um campo elétrico externo, essa distribuição de carga muda um pouco," explica o professor Philipp Haslinger, cuja equipe já criou átomos gêmeos. "A carga positiva é ligeiramente deslocada em uma direção, a carga negativa ligeiramente na outra direção, e o átomo de repente tem um lado positivo e um negativo, está polarizado."

A luz é apenas um campo eletromagnético que muda muito rapidamente, então também é possível criar esse efeito de polarização com luz laser. Quando vários átomos estão próximos uns dos outros, a luz do laser polariza todos exatamente da mesma maneira - positivo à esquerda e negativo à direita, ou vice-versa.

Em ambos os casos, dois átomos vizinhos direcionam cargas diferentes um para o outro, levando a uma força atrativa, criando essa espécie de molécula luz-matéria fracamente ligada.

"Esta é uma força atrativa muito fraca, então você deve conduzir o experimento com muito cuidado para poder medi-la," diz Mira Maiwoger. "Se os átomos têm muita energia e estão se movendo rapidamente, a força atrativa desaparece imediatamente. Foi por isso que usamos uma nuvem de átomos ultrafrios."

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