Elétrons dentro de um átomo giram em torno do núcleo como satélites ao redor da Terra, ocupando órbitas determinadas pela física quântica. A luz pode impulsionar um elétron para um diferente, órbita mais energética, mas essa sensação não dura para sempre. Em algum ponto, o elétron excitado relaxará de volta à sua órbita original, fazendo com que o átomo emita luz espontaneamente que os cientistas chamam de fluorescência.

Os cientistas podem brincar com os arredores de um átomo para ajustar o tempo de relaxamento dos elétrons que voam alto, que então dita a taxa de fluorescência. Em um novo estudo, pesquisadores do Joint Quantum Institute observaram que um minúsculo fio de vidro, chamada de nanofibra óptica, teve um impacto significativo na rapidez com que um átomo de rubídio libera luz. A pesquisa, que apareceu como uma sugestão do editor em Revisão Física A , mostraram que a fluorescência dependia da forma da luz usada para excitar os átomos quando eles estavam perto da nanofibra.

"Os átomos são como antenas, absorvendo luz e emitindo-a de volta para o espaço, e qualquer coisa que esteja por perto pode afetar potencialmente este processo radiativo, "diz Pablo Solano, o autor principal do estudo e um estudante de pós-graduação da Universidade de Maryland na época em que esta pesquisa foi realizada.

Para sondar como o ambiente afeta essas antenas atômicas, Solano e seus colaboradores cercam uma nanofibra com uma nuvem de átomos de rubídio. Nanofibras são conduítes feitos sob medida que permitem que grande parte da luz viaje para fora da fibra, aumentando suas interações com os átomos. Os átomos mais próximos da nanofibra - dentro de 200 nanômetros - sentiram mais sua presença. Parte da fluorescência dos átomos dessa região atingiu a fibra e voltou aos átomos em uma troca que acabou modificando o tempo que o elétron de um átomo de rubídio permaneceu excitado.

Os pesquisadores descobriram que a vida útil do elétron e as subsequentes emissões atômicas dependiam das características de onda da luz. As ondas de luz oscilam enquanto viajam, às vezes deslizando como uma cobra sidewinder e outras vezes saca-rolhas como um fio de DNA. Os pesquisadores viram que para certas formas de luz, o elétron permaneceu no estado excitado, e para outros, fez uma saída mais abrupta.

"Pudemos usar as propriedades de oscilação da luz como uma espécie de botão para controlar como a fluorescência atômica perto da nanofibra foi ligada, "Solano diz.

A equipe originalmente começou a medir os efeitos da nanofibra sobre os átomos, e comparar os resultados com as previsões teóricas para este sistema. Eles encontraram divergências entre suas medições e os modelos existentes que incorporam muitos dos detalhes complexos da estrutura interna do rubídio. Esta nova pesquisa pinta um quadro mais simples das interações átomo-fibra, e a equipe diz que mais pesquisas são necessárias para entender as discrepâncias.

"Acreditamos que este trabalho é um passo importante na busca contínua por uma melhor compreensão da interação entre a luz e os átomos perto de uma estrutura guiadora de luz em nanoescala, como a nanofibra óptica que usamos aqui, "diz o pesquisador JQI e cientista do NIST William Phillips, que também é um dos principais pesquisadores do estudo.