Os físicos fizeram os fótons interagirem com pares de átomos pela primeira vez

A humanidade está caminhando para o uso generalizado de tecnologias baseadas na física quântica.

Mas para conseguir isso, você deve primeiromestre em fazer a luz interagir com a matéria ou, mais precisamente, fótons com átomos. O campo de ponta da eletrodinâmica quântica de ressonadores (QED) é responsável, até certo ponto, por tais tecnologias. Agora já é usado em redes quânticas e processamento de informações quânticas. Mas ainda há um longo caminho a percorrer. As atuais interações luz-matéria estão limitadas a átomos únicos, limitando a capacidade humana de estudá-los como sistemas complexos envolvidos em tecnologias quânticas.

No novo trabalho, os pesquisadores usaramGás Fermi (ou gás Fermi - Dirac ideal). É um gás constituído por partículas que satisfazem as estatísticas de Fermi-Dirac, ou seja, apresentam baixa massa e alta concentração. Por exemplo, elétrons em um metal. “Na ausência de fótons, o gás pode ser produzido em um estado em que os átomos interagem entre si para formar pares fracamente acoplados”, explica Jean-Philippe Brantoux, da Escola de Ciências Básicas da EPFL. "Quando a luz atinge um gás, alguns desses vapores são convertidos em moléculas quimicamente ligadas, absorvidas pelos fótons."

O conceito-chave por trás do novo efeito éque isso aconteça "coerentemente". Isso significa que um fóton é absorvido para transformar alguns átomos em uma molécula e, em seguida, emitido de volta e assim por diante várias vezes. “Isso significa que o sistema para-fóton forma um novo tipo de estado de partícula, que chamamos de“ polariton-polariton pareado ”- explica o cientista. "Isso se tornou possível em um sistema onde os fótons estão confinados em um lugar, onde eles têm que interagir fortemente com os átomos."

Polaritons emparelhados híbridos adquirem algumas das propriedades dos fótons. Isso significa que eles podem ser medidos por métodos ópticos. Eles também adquirem algumas das propriedades de um gás Fermi, concluem os cientistas.

“Algumas das propriedades muito complexas do gássão convertidos em propriedades ópticas que podem ser medidas diretamente, mesmo sem perturbar o sistema. No futuro, a tecnologia será útil na química quântica: os cientistas demonstraram pela primeira vez como certas reações químicas podem ser produzidas de forma coerente usando fótons únicos.

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