Num avanço significativo, os físicos descobriram que os blocos de construção fundamentais da matéria – átomos revestidos com luz laser – podem exibir interações únicas não observadas no seu estado natural. Esta descoberta, relatada na revista Nature Physics, abre caminho para aplicações potenciais na computação quântica e na exploração de partículas fundamentais conhecidas como áxions.

Quando os átomos interagem com a luz laser, eles ficam “revestidos” com fótons, criando quasipartículas conhecidas como átomos revestidos ou “estados revestidos”. Esses átomos revestidos possuem propriedades alteradas, incluindo níveis de energia e interações modificadas.

A equipe de pesquisa, liderada por físicos da Universidade de Basileia, do Instituto Max Planck de Óptica Quântica e do Instituto Suíço de Nanociência, conduziu medições precisas em átomos de césio presos e iluminados com luz laser. Controlando cuidadosamente a frequência, intensidade e polarização do laser, eles observaram o surgimento de novas interações átomo-átomo mediadas pelos fótons do laser.

Surpreendentemente, estas interações dependiam das propriedades específicas da luz laser. Por exemplo, os pesquisadores descobriram que os átomos revestidos podem exibir forças repulsivas ou atrativas, dependendo da polarização e desafinação do laser (diferença de frequência entre o laser e a transição atômica).

“Nossos resultados mostram que a luz pode manipular não apenas a estrutura interna dos átomos, mas também suas interações entre si”, disse o Dr. Lukas Bruder, pesquisador da Universidade de Basileia e do Instituto Max Planck de Óptica Quântica. "Isso abre novos caminhos para projetar sistemas quânticos com interações personalizadas, que podem ser relevantes para simulações quânticas e processamento de informações quânticas."

Além disso, a equipe explorou as aplicações potenciais de átomos revestidos na busca por áxions, partículas hipotéticas que são candidatas à matéria escura. Prevê-se que os áxions interajam com os fótons, e as propriedades únicas dos átomos revestidos podem aumentar a sensibilidade dos experimentos de detecção de áxions.

"As interações átomo-átomo modificadas em átomos revestidos podem fornecer uma nova plataforma para buscas de áxions", disse o professor Dr. Philipp Treutlein, da Universidade de Basel. “Nossas descobertas podem inspirar experimentos futuros projetados para detectar diretamente áxions e lançar luz sobre a natureza da matéria escura”.

O estudo destaca a rica física e as aplicações potenciais dos átomos revestidos em diversas áreas, incluindo simulação quântica, processamento de informação quântica e exploração de partículas fundamentais. Mais pesquisas neste campo poderiam revelar fenômenos e insights ainda mais notáveis ​​sobre o mundo quântico.