Como você para algo que é mais rápido do que qualquer outra coisa, intangível e sempre em movimento por natureza? Uma equipe liderada pelos físicos Dr. Thorsten Peters e Professor Thomas Halfmann está fazendo o que parece impossível:interromper a luz por minúsculas frações de segundo. Em seguida, eles encerram a parada com o apertar de um botão, permitindo que o pulso de luz continue sua jornada. Os pesquisadores estão até parando de partículas de luz individuais.

O que parece um truque físico pode ser útil para aplicações futuras. A chamada tecnologia quântica tenta usar efeitos bizarros da física quântica para computadores mais rápidos, sensores mais precisos e comunicações à prova de erros. Fótons, que são usados ​​na tecnologia quântica como transportadores de informação, desempenham um papel decisivo nisso.

Para este fim, físicos, por exemplo, requerem fontes de luz que emitem fótons individuais com o apertar de um botão. Para processar as informações armazenadas nas partículas de luz, também seria importante para os fótons individuais interagirem, o que eles geralmente não fazem. Em futuros computadores quânticos, os fótons, por exemplo, terão que transferir suas informações para os átomos e vice-versa. Para este fim também, a interação entre os dois tipos de partículas deve ser intensificada, que os fótons detidos pelo grupo da TU Darmstadt poderiam tornar possível.

Como funciona essa parada de emergência para luz? Já faz algum tempo que é possível congelar fótons e re-emiti-los sob comando. Contudo, enquanto eles estão parados, os fótons não existem como tais. Eles são engolidos por uma nuvem atômica, que então assume o chamado estado excitado e armazena o fóton como informação. Somente após o recebimento de um sinal a excitação muda de volta para um fóton, que então continua. Os pesquisadores em Darmstadt estão fazendo isso de maneira semelhante, mas com uma diferença crucial:seus fótons são realmente preservados.

A luz literalmente fica parada. A equipe usa uma fibra de vidro especial com um canal oco no centro com um diâmetro inferior a dez milésimos de milímetro. A fibra tem uma estrutura porosa ao redor do núcleo que mantém a luz afastada. Isso faz com que um feixe de laser se concentre no centro do canal oco. Sua seção transversal estreita para cerca de um milésimo de milímetro. Os pesquisadores usam o feixe de luz como uma espécie de armadilha para átomos. Eles introduzem átomos de rubídio na fibra oca, que se concentram no centro do feixe de laser devido às forças eletromagnéticas. Os pesquisadores então enviam os fótons que desejam parar no canal. A grosso modo, o fóton é completamente interrompido por dois feixes de laser adicionais que são guiados para a fibra oca em ambos os lados. Metaforicamente falando, estes mantêm os fótons entre eles como dois jogadores de futebol chutando a bola para frente e para trás.

"Também é semelhante a uma câmara em que a luz é lançada para frente e para trás entre dois espelhos, "como Thorsten Peters explica." Apenas sem um espelho. "A equipe TU é a primeira a conseguir diminuir a velocidade dos fótons em um capilar tão estreito desta forma e não foi fácil. É extremamente complicado por uma propriedade óptica conhecida como birrefringência. A equipe foi capaz de refinar seu método por meio de uma laboriosa análise de birrefringência até o ponto em que parar fótons individuais se tornou possível.

Mas simplesmente parando a própria luz, eles não se satisfizeram. "Nosso objetivo, "diz Peters, "era fazer os fótons interagirem com os átomos mais fortemente do que normalmente." Em particular, deve ser possível que duas partículas de luz interajam com um átomo ao mesmo tempo, que produziria um fenômeno útil conhecido na física como óptica não linear em que os fótons penetram um meio, como um cristal especial. Quando dois fótons atingem simultaneamente um dos átomos do cristal, eles interagem uns com os outros, que muda a frequência, ou seja, a cor, da luz. A nova frequência poderia, por exemplo, ser a soma das frequências dos fótons que são enviados.

Existem muitas aplicações técnicas para tais efeitos, por exemplo, em ponteiros laser. O método tem uma desvantagem:lasers de alta intensidade são necessários para garantir que pares suficientes de fótons atinjam um átomo dentro do meio simultaneamente. "Com nosso método, por outro lado, "diz Peters, "uma fraca intensidade de luz pode ser suficiente." Isso é possível porque os átomos estão confinados na mesma área estreita que o feixe de laser dentro da fibra oca, maximizando assim o contato entre a luz e a nuvem atômica. Portanto, a probabilidade de dois fótons atingirem um átomo simultaneamente é relativamente alta, mesmo quando a intensidade da luz é baixa. Portanto, o mesmo truque técnico que torna possível parar os fótons também deve criar um novo método para a óptica não linear.

A equipe baseada em Darmstadt tem mais ideias de como aplicar seu novo processo. Um deles envolve uma fonte comutável para fótons únicos. Outra é criar um cristal feito de fótons. Os cristais geralmente consistem em átomos dispostos em uma grade absolutamente regular, comparável a esferas em camadas. Um grande número de fótons parados também pode formar uma grade ordenada. "Poderíamos usar isso para simular um sólido, "diz Peters. A física dos materiais sólidos é um campo ativo de pesquisa. Modelos teóricos são usados ​​na pesquisa para obter uma melhor compreensão deles - muitas vezes por meio de simulações de computador. Mas os modelos são tão complexos que rapidamente sobrecarregam os computadores. Os pesquisadores são portanto, procurando outras maneiras de imitar cristais.Um sólido simulado feito de fótons seria uma maneira de fazer isso.

“Continuamos a trabalhar intensamente nisso, "diz Peters. De acordo com o físico, a colaboração com outros grupos de pesquisa é crucial para o sucesso. A equipe realizou o trabalho atual em colaboração com grupos de Taiwan e da Bulgária no âmbito de um projeto financiado pela UE. Parceiros industriais também estão envolvidos no projeto de pesquisa, cujo objetivo é desenvolver tecnologias inovadoras para a interação da luz com a matéria. “O intercâmbio é muito ativo, "Peters tem o prazer de dizer. Os próximos sucessos não demorarão a chegar.