Espectroscopia é o estudo de como a matéria absorve e emite luz e outras radiações. Permite aos cientistas estudar a estrutura de átomos e moléculas, incluindo os níveis de energia de seus elétrons. A espectroscopia óptica clássica depende da maneira como as partículas de luz chamadas fótons interagem com a matéria. Essas técnicas clássicas de espectroscopia incluem absorção de um fóton (OPA) e absorção de dois fótons (TPA).



A espectroscopia de luz quântica depende, em vez disso, de uma propriedade da mecânica quântica chamada emaranhamento. Esta é uma conexão intrínseca entre partículas que significa que um fóton não pode mudar sem que o outro também mude, não importa quão distantes estejam. Uma pesquisa recente examinou uma técnica de espectroscopia quântica de luz chamada absorção emaranhada de dois fótons (ETPA), que aproveita o emaranhamento para revelar as estruturas das moléculas e como o ETPA atua em velocidades ultrarrápidas para determinar propriedades que não podem ser vistas com a espectroscopia clássica.

As descobertas foram publicadas na revista Proceedings of the National Academy of Sciences .

Esta pesquisa demonstrou que o ETPA pode obter informações sobre moléculas diferentes das técnicas OPA e TPA. EPTA parece ser mais eficiente e operar sob menor intensidade de fótons. Isto permitirá aos cientistas usar luz não clássica para estudar estados de moléculas que são fundamentalmente diferentes em comparação com estados que podem estudar com técnicas de luz clássicas.

Os cientistas muitas vezes presumiram que as cores da absorção de dois fótons da luz quântica e da luz clássica são as mesmas. Neste estudo, pesquisadores da Universidade de Michigan e da Universidade Northwestern revelaram, através de um estudo experimental e teórico combinado de uma importante molécula orgânica, a tetrafenil porfirina de zinco, que as cores da absorção de dois fótons emaranhados são notavelmente diferentes da correspondente contraparte clássica e também da absorção ressonante de um fóton com fótons de frequência duplicada.

Isto se deve ao envolvimento de estados excitados eletrônicos distintos. Os resultados mostram que os estados excitados mais importantes para a excitação clássica e quântica possuem altos emaranhados eletrônicos. Os resultados também mostram que o ETPA oferece a oportunidade de sondar moléculas com luz não clássica que são inacessíveis com a luz clássica ou de melhorar a sua resposta quântica à luz sob intensidade de excitação extremamente baixa.

O ETPA pode ser particularmente útil para resolver o desafio de longa data do fotodano e da fototoxicidade na bioimagem, especialmente em moléculas biológicas complexas. Isto expandiria a capacidade dos pesquisadores de realizar imagens não destrutivas de biomoléculas complexas. De particular interesse é a implementação da modalidade de imagem ETPA para monitorar a dinâmica espacial e temporal de longo prazo da expressão gênica bacteriana na rizosfera do subsolo. Além disso, a identificação das cores dessa absorção de dois fótons emaranhados poderia levar à redução no tempo de aquisição de dados, mantendo uma intensidade de excitação extremamente baixa.