Cerca de 10 anos atrás, pesquisadores da Universidade de Bonn produziram um estado de fóton agregado extremo, um único "super-fóton" composto de muitos milhares de partículas de luz individuais, e apresentou uma fonte de luz completamente nova. O estado é chamado de condensado óptico de Bose-Einstein e cativou muitos físicos desde então, porque este mundo exótico de partículas de luz é o lar de seus próprios fenômenos físicos. Pesquisadores liderados pelo Prof. Dr. Martin Weitz, que descobriu o super fóton, e o físico teórico Prof. Dr. Johann Kroha agora relatam uma nova observação:a chamada fase superamortecida, uma transição de fase previamente desconhecida dentro do condensado óptico de Bose-Einstein. O estudo foi publicado na revista Ciência .

O condensado de Bose-Einstein é um estado físico extremo que geralmente ocorre apenas em temperaturas muito baixas. As partículas neste sistema não são mais distinguíveis e estão predominantemente no mesmo estado de mecânica quântica; em outras palavras, eles se comportam como uma única "superpartícula" gigante. O estado pode, portanto, ser descrito por uma única função de onda.

Em 2010, pesquisadores liderados por Martin Weitz tiveram sucesso pela primeira vez na criação de um condensado de Bose-Einstein a partir de partículas de luz (fótons). Seu sistema especial ainda está em uso hoje:os físicos prendem partículas de luz em um ressonador feito de dois espelhos curvos espaçados um pouco mais de um micrômetro que refletem um feixe de luz alternativo rapidamente. O espaço é preenchido com uma solução de corante líquido, que serve para resfriar os fótons. As moléculas de corante "engolem" os fótons e depois os cospem novamente, que traz as partículas de luz à temperatura da solução de tintura - equivalente à temperatura ambiente. O sistema permite resfriar as partículas de luz, pois sua característica natural é a dissolução no resfriamento.

Separação clara de duas fases

Uma transição de fase é o que os físicos chamam de transição entre a água e o gelo durante o congelamento. Mas como a transição de fase específica ocorre dentro do sistema de partículas de luz aprisionadas? Os cientistas explicam desta forma:os espelhos um tanto translúcidos fazem com que os fótons sejam perdidos e substituídos, criando um desequilíbrio que resulta no sistema não assumir uma temperatura definida e ser colocado em oscilação. Isso cria uma transição entre esta fase oscilante e uma fase amortecida. Amortecido significa que a amplitude da vibração diminui.

"A fase superamortecida que observamos corresponde a um novo estado do campo de luz, por assim dizer, "diz o autor principal Fahri Emre Öztürk, Doutoranda do Instituto de Física Aplicada da Universidade de Bonn. A característica especial é que o efeito do laser geralmente não é separado do condensado de Bose-Einstein por uma transição de fase, e não há fronteira claramente definida entre os dois estados. Isso significa que os físicos podem mover-se continuamente para frente e para trás entre os efeitos.

"Contudo, em nosso experimento, o estado superamortecido do condensado óptico de Bose-Einstein é separado por uma transição de fase do estado oscilante e de um laser padrão, "diz o líder do estudo, Prof. Dr. Martin Weitz." Isso mostra que há um condensado de Bose-Einstein, que é realmente um estado diferente do laser padrão. "Em outras palavras, estamos lidando com duas fases distintas do condensado óptico de Bose-Einstein, " ele diz.

Os pesquisadores planejam usar suas descobertas como base para estudos futuros para pesquisar novos estados do campo de luz em múltiplos condensados ​​de luz acoplados, que também pode ocorrer no sistema. "Se ocorrerem estados emaranhados mecanicamente quânticos adequados em condensados ​​de luz acoplados, isso pode ser interessante para a transmissão de mensagens criptografadas quânticas entre vários participantes, "diz Fahri Emre Öztürk.