Cientistas revelam a forma de um fóton pela primeira vez
A partir de uma nova teoria que explica como a luz e a matéria interagem em um nível quântico, os pesquisadores conseguiram definir pela primeira vez a forma precisa de um fóton. O estudo, inédito até então, investigou como essa partícula elementar, que compõe a luz, é emitida por átomos ou moléculas e moldada por seu ambiente.
Segundo os especialistas, a natureza dessa interação leva a infinitas possibilidades para a luz existir e se propagar – ou viajar, através do ambiente ao seu redor. Isso torna as partículas formadoras da luz, os fótons, particularmente difíceis de recriar. Não à toa, este é um desafio que os físicos quânticos têm trabalhado há várias décadas.
Uma equipe de pesquisadores da Universidade de Birmingham, no Reino Unido, foi capaz de produzir um modelo que descreve não apenas as interações entre fótons e seus emissores, mas também como a energia dessa interação se propaga. Ao mesmo tempo, eles conseguiram usar seus cálculos para produzir uma imagem do próprio fóton.
“Os cálculos nos permitiram converter um problema aparentemente insolúvel em algo que pode ser definido. Fomos capazes de produzir esta imagem de um fóton, algo que nunca foi visto antes na física”, explica Benjamin Yuen, um dos autores do projeto, em comunicado. A pesquisa rendeu um artigo científico, publicado na última quinta-feira (14), na revista Physical Review Letters.
Importância dos resultados
De acordo com os especialistas, este trabalho é importante porque abre novos caminhos de pesquisa para os físicos quânticos e cientistas de materiais. Ao serem capazes de definir precisamente como um fóton interage com a matéria e com outros elementos de seu ambiente, os cientistas podem projetar novas tecnologias nanofotônicas – ou seja, alimentadas pela luz em escala nanométrica.
Isso significa mudar a maneira como nos comunicamos com segurança, detectar causadores de doenças ou controlar reações químicas em um nível molecular, por exemplo. A geometria e as propriedades ópticas do ambiente têm consequências profundas sobre como os fótons são emitidos, incluindo a definição da forma, da cor e até mesmo da probabilidade de existência dessas partículas.
“Este trabalho nos ajuda a aumentar nossa compreensão da troca de energia entre luz e matéria e, em segundo lugar, a entender melhor como a luz irradia para seus arredores próximos e distantes. Muitas dessas informações eram consideradas apenas ‘ruído’ — mas há tantas informações nelas que agora podemos entender e usar”, destaca Yuen. “Ao entender isso, estabelecemos as bases para podermos projetar interações entre luz e matéria para aplicações futuras, como melhores sensores, células de energia fotovoltaica aprimoradas ou computação quântica”.
(Arthur Almeida)
