Desde sua invenção, o laser tem sido uma ferramenta inestimável na física. Espera-se que um átomo de laser - com as ondas de luz substituídas pelas ondas quânticas dos átomos - possa ter aplicações igualmente importantes, por exemplo, na construção de relógios ultraprecisos. Uma equipe de pesquisa liderada pelo pesquisador UvA Florian Schreck agora fez um progresso importante em direção à criação do primeiro laser de átomo contínuo. Os resultados da equipe foram publicados em Cartas de revisão física no início desta semana.

Em um laser comum, ondas de luz formam o chamado estado coerente:quando essas ondas saem do laser, todos eles oscilam exatamente da mesma maneira, com a mesma frequência e a mesma fase. A mecânica quântica nos diz que as partículas de que somos feitos, quarks, elétrons e até átomos inteiros, também têm propriedades de onda. Mas os átomos também podem ser colocados em um estado coerente? Ou pode ser construído um laser onde, em vez de luz, brilhemos com átomos?

Que a resposta teórica a esta pergunta seja 'sim' é um fato que qualquer estudante de física pode facilmente provar. Na verdade, ter tal dispositivo seria extremamente útil:as vibrações coletivas dos átomos poderiam ser usadas, por exemplo, para medir relógios atômicos ultraprecisos. Contudo, transformar a teoria em um dispositivo funcional real não é tão fácil quanto parece. Até aqui, lasers atômicos foram criados pela extração de um feixe de átomos de um chamado condensado de Bose-Einstein, uma nuvem de gás em temperatura muito baixa na qual todos os átomos estão no mesmo estado de onda quântica. Contudo, colocar os átomos no mesmo estado resolve apenas parte do problema. Para a maioria das aplicações de um laser de átomo, eles precisam trabalhar continuamente. O verdadeiro desafio é, portanto, trazer os átomos para o mesmo estado de onda com rapidez suficiente, para que o laser atômico tenha acesso a um suprimento contínuo dessas partículas coerentes.

A criação de um condensado de Bose-Einstein normalmente envolve o resfriamento de um gás em vários estágios durante dezenas de segundos. Contudo, o feixe de laser do átomo extraído dura apenas enquanto os átomos permanecerem no condensado, normalmente, um tempo muito mais curto de apenas frações de segundo. Depois dessa fração de segundo, um novo suprimento deve ser feito, o que novamente leva dezenas de segundos - e assim por diante.

Schreck e sua equipe, pós-doutorado Benjamin Pasquiou e alunos de doutorado Shayne Bennetts e Chun-Chia Chen, agora propomos alcançar um fornecimento contínuo, separando as diferentes etapas de resfriamento no espaço em vez do tempo. Cada estágio ocorre em um local diferente:os átomos são resfriados por lasers comuns enquanto estão a caminho do local onde o raio laser do átomo final será criado. A equipe consegue fazer isso fazendo uso inteligente das propriedades especiais do estrôncio, um elemento com a estrutura eletrônica certa para ser resfriado lentamente, passo a passo, enquanto está "em movimento".

Usando seus métodos, Schreck e colaboradores já conseguiram implementar as primeiras etapas do resfriamento contínuo, levando à existência permanente de uma nuvem de gás muito mais fria e densa do que em qualquer tentativa anterior. Eles também mostraram que seu esquema fornece átomos frios suficientes para ser compatível com a criação de um condensado de Bose Einstein continuamente existente. A etapa final é, claro, fazer um laser atômico usando esse condensado permanente - uma etapa que, de acordo com Schreck, deve ocorrer no próximo ano. Isso iria realizar seu sonho:criar um laser atômico que nunca precisa parar para recarregar.