p As partículas de luz normalmente não "sentem" umas às outras porque não há interação agindo entre elas. Pesquisadores da ETH agora conseguiram manipular fótons dentro de um material semicondutor de forma a fazê-los se repelirem. p Dois feixes de luz que se cruzam não se desviam. Isso é porque, de acordo com as leis da física quântica, não há interação entre partículas de luz ou fótons. Portanto, em uma colisão, dois fótons simplesmente passam um através do outro em vez de ricochetear um no outro - a menos que alguém os ajude de alguma forma. Na verdade, os pesquisadores já tentam há algum tempo encontrar técnicas para fazer os fótons "sentirem-se" uns aos outros. A esperança é que isso resulte em muitas novas possibilidades de pesquisa, bem como de aplicações práticas. Ataç Imamoğlu, professor do Instituto de Eletrônica Quântica da ETH em Zurique, e seus colaboradores deram agora mais um passo importante em direção à realização de fótons com forte interação. Os resultados de suas pesquisas foram publicados recentemente na revista científica Materiais da Natureza .

p Transformação em polaritons

p "Fótons com forte interação são uma espécie de Santo Graal em nosso campo de pesquisa, fotônica ", explica Aymeric Delteil, que trabalha como pós-doutorado no laboratório de Imamoğlu. Para fazer as partículas de luz se repelirem, ele e seus colegas têm que ir mais longe, no entanto. Usando uma fibra óptica, eles enviam pulsos de laser curtos em um ressonador óptico, dentro do qual a luz é fortemente focada e finalmente atinge um material semicondutor. Esse material (produzido pelos colegas de Imamoğlu em Würzburg e St. Andrew's na Escócia) é resfriado dentro de um criostato - uma espécie de geladeira extremamente potente - até 269 graus centígrados negativos. Nessas baixas temperaturas, os fótons podem se combinar com excitações eletrônicas do material. Essa combinação resulta nos chamados polaritons. Na extremidade oposta do material, os polaritons tornam-se fótons novamente, que pode então sair do ressonador.

p Como existem forças eletromagnéticas agindo entre as excitações eletrônicas, uma interação surge também entre os polaritons. “Fomos capazes de detectar esse fenômeno já há um tempo”, diz Imamoğlu. "Contudo, na época, o efeito era tão fraco que apenas as interações entre um grande número de polaritons desempenharam um papel, mas não a repulsão de pares entre polaritons individuais. "

p Correlações sinalizam interações

p Em seu novo experimento, os pesquisadores agora foram capazes de demonstrar que polaritons únicos - e, portanto, indiretamente, os fótons contidos neles - podem, na verdade, Interagir um com o outro. Isso pode ser inferido da maneira como os fótons que saem do ressonador se correlacionam. Para revelar as chamadas correlações quânticas, um mede a probabilidade de um segundo fóton deixar o ressonador logo após o outro. Se os fótons entrarem no caminho uns dos outros através de seus polaritons dentro do semicondutor, essa probabilidade será menor do que seria de esperar de fótons não interagentes.

p No caso extremo, deve haver até um "bloqueio de fótons", um efeito que Imamoğlu já postulava há 20 anos. Um fóton no semicondutor que criou um polariton evita completamente que um segundo fóton entre no material e se transforme em um polariton. "Estamos longe de perceber isso", Imamoğlu admite, "mas, entretanto, melhorámos ainda mais o nosso resultado que acaba de ser publicado. Isto significa que estamos no caminho certo." O objetivo de longo prazo de Imamoğlu é fazer com que os fótons interajam tão fortemente uns com os outros que comecem a se comportar como férmions - como partículas quânticas, em outras palavras, que nunca pode ser encontrado no mesmo lugar.

p Interesse em polaritons de forte interação

p Na primeira instância, Imamoğlu não está interessado em aplicativos. "Isso é realmente uma pesquisa básica, "diz ele." Mas esperamos ser capazes, um dia, para criar polaritons que interagem tão fortemente que podemos usá-los para estudar novos efeitos na física quântica que são difíceis de observar de outra forma. "O físico está particularmente interessado em situações em que os polaritons também estão em contato com seu ambiente e trocam energia com ele . Essa troca de energia, combinado com as interações entre os polaritons, deve, de acordo com cálculos de físicos teóricos. levam a fenômenos para os quais existem apenas explicações rudimentares até agora. Experimentos como os realizados por Imamoğlu poderiam, Portanto, ajudam a compreender melhor os modelos teóricos.