Você já se perguntou como você vê o mundo? Visão é sobre fótons de luz, que são pacotes de energia, interagindo com os átomos ou moléculas no que você está olhando. Alguns fótons refletem, alcançando seus olhos. Outros são absorvidos. O principal fator que decide o que acontece é a energia do fóton - sua cor.

Mas observe com atenção o momento em que a luz encontra a matéria, e há mais a ser descoberto. Cientistas do Centro de Tecnologias Quânticas (CQT) da Universidade Nacional de Cingapura acabaram de mostrar que a forma de um fóton também afeta a forma como ele é absorvido por um único átomo.

Não costumamos pensar nos fótons como sendo espalhados no tempo e no espaço e, portanto, tendo uma forma, mas os deste experimento tinham cerca de quatro metros de comprimento. Christian Kurtsiefer, Investigador Principal da CQT, e sua equipe aprendeu a moldar esses fótons com extrema precisão.

Para a pesquisa, publicado em 29 de novembro em Nature Communications , a equipe trabalhou com átomos de rubídio e fótons infravermelhos. Eles direcionaram os fótons um de cada vez para um único átomo.

"Nossos experimentos examinam a interação mais fundamental entre matéria e luz", diz Victor Leong, para quem o trabalho contribuiu para o grau de doutor.

Um fóton de quatro metros leva cerca de 13 nanossegundos para passar pelo átomo. Cada vez que um fóton era enviado para o átomo, a equipe observou para ver se e quando o átomo ficava excitado. Observando os tempos de excitação e reunindo-os, os pesquisadores puderam mapear a probabilidade de o átomo absorver o fóton em função do tempo.

A equipe testou duas formas diferentes de fótons - uma com brilho crescente, o outro decadente. Centenas de milhões de medições feitas ao longo de 1.500 horas mostraram que a probabilidade geral de que um único átomo de rubídio absorveria um único fóton de qualquer tipo era pouco mais de 4%. Contudo, quando a equipe analisou o processo em prazos em nanoescala, eles viram que a probabilidade de absorção em cada momento depende da forma do fóton.

Os pesquisadores descobriram que se o fóton chegasse vagamente, do ponto de vista do átomo, então terminou brilhantemente, a probabilidade de pico de excitação foi um pouco mais de 50% maior do que quando o fóton chegou brilhante e teve um longo, cauda desbotada.

Os pesquisadores esperavam que os átomos preferissem absorver os fótons crescentes. Isso é por causa do que acontece naturalmente quando um átomo excitado decai. Então, o átomo emite um fóton em decomposição. Imagine executar o processo de trás para frente - as equações dizem que deveria ter a mesma aparência - e o átomo chegaria com brilho crescente. "Nossa escolha da forma do fóton foi inspirada na simetria do tempo da mecânica quântica, "diz o co-autor Matthias Steiner.

O trabalho também desenvolve a compreensão de tecnologias que dependem de interações de matéria leve. Algumas propostas de tecnologias quânticas, como redes de comunicação, sensores e computadores exigem que um fóton grave informações em um átomo ao ser absorvido. O fóton coloca o átomo em um estado excitado. Para construir dispositivos confiáveis, os cientistas precisarão controlar a interação. "Você só pode projetar o que você pode entender, "diz o co-autor Alessandro Cerè.