A luz poderá existir numa nova forma desconhecida.

Depois das descobertas que relatámos da molécula de fotões e duma nova forma de luz com propriedades físicas da matéria, a Física não cessa de nos surpreender.

Representação artística de luz capturada na superfície de um isolador topológico de nanopartículas. Crédito: Vincenzo Giannini

Representação artística de luz capturada na superfície de um isolador topológico de nanopartículas. Crédito: Vincenzo Giannini

Uma nova pesquisa sugere que é possível originar uma nova forma de luz ao ligá-la a um único electrão, que combina as propriedades desta partícula da matéria com as da luz.

De acordo com os cientistas que desenvolveram este estudo no Imperial College London, a luz e o electrão acoplados terão propriedades que podem levar ao fabrico de circuitos que trabalham com pacotes de luz – os fotões – em vez de electrões.

Também provavelmente permitirá que os investigadores estudem os fenómenos físicos quânticos que regem as partículas sub-atómicas, mas desta feita a uma escala visível.

Em materiais normais, a luz interage com uma série de electrões dispostos na superfície e no interior do material. Mas usando a física teórica para modelar o comportamento da luz e um tipo recém-descoberto de materiais designados por isoladores topológicos, os investigadores do Imperial College descobriram que esta poderá interagir apenas com um electrão na superfície.

Para uma explicação detalhada do que são os isoladores topológicos prossiga aqui.

Isso produziria um acoplamento que funde algumas das propriedades da luz e do electrão. Normalmente, a luz viaja em linha recta, mas, quando ligada ao electrão irá, em vez disso, acompanhar o seu percurso, seguindo a superfície do material.

No estudo, publicado hoje na Nature Communications, o Doutor Vincenzo Giannini e seus colegas modelaram essa interacção em torno duma nanopartícula – uma pequena esfera com menos do que 0,00000001 metros de diâmetro – feita de um isolante topológico.

Cientistas descobrem que luz poderá existir numa forma  desconhecida. Imagem artística da luz presa na superfície de um isolador topológico de nanopartículas. Crédito: Vincenzo Giannini

Cientistas descobrem que luz poderá existir numa forma desconhecida.
Imagem artística da luz presa na superfície de um isolador topológico de nanopartículas.
Crédito: Vincenzo Giannini

Os modelos demonstraram que a luz adquire algumas propriedades do electrão e que, circulando a partícula, o electrão também adquire algumas das propriedades da luz.

Normalmente, como os electrões viajam ao longo dos materiais, tais como os constituintes dos circuitos eléctricos, eles param quando confrontados com um defeito. No entanto, a equipa do Doutor Giannini descobriu que mesmo que houvesse imperfeições na superfície da nanopartícula, o electrão ainda seria capaz de prosseguir com a ajuda da luz.

Se este comportamento puder ser adaptado aos circuitos fotónicos, estes seriam mais robustos e menos vulneráveis a perturbações e imperfeições físicas.

O Doutor Giannini indicou: “Os resultados desta pesquisa terão um enorme impacto sobre a forma como concebemos a luz, os isoladores topológicos só foram descobertos na última década, mas já nos proporcionam novos fenómenos a estudar e novas maneiras de explorar conceitos importantes na física.”

Acrescentou que deve ser praticável observar os fenómenos que ele modelou em experiências recorrendo à tecnologia actual, e a equipa está a trabalhar com os físicos experimentais para tornar isso uma realidade.

Ele considera que o processo que origina esta nova forma de luz pode ser ampliado de modo a que o fenómeno possa ser observado com incomparável facilidade.

Actualmente, os fenómenos quânticos só podem ser observados quando se estudam objectos muito pequenos ou objetos que foram super-arrefecidos, mas esta provável descoberta poderá permitir aos cientistas estudar estes comportamentos à temperatura ambiente.

Mais informações: G. Siroki et al. – Nature Communications (2016). DOI: 10.1038 / NCOMMS12375

Jornal de referência: Nature Communications
Disponibilizado pelo Imperial College London

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