Pesquisadores do Reino Unido fizeram cálculos que mostram como a “luz distorcida” pode ser usada para manipular os átomos ultrafrios em um estado exótico da matéria chamado condensado de Bose-Einstein (BEC). Usando modelos teóricos, Grant Henderson e colegas da Universidade de Strathclyde, no Reino Unido, descobriram que sólitons de matéria leve podem ser gerados através da interação entre frentes de onda de luz em forma de saca-rolhas e BECs.
BECs são um estado exótico da matéria, no qual um gás de átomos idênticos é resfriado próximo ao zero absoluto. Isso leva uma grande fração dos átomos para o estado quântico mais baixo e, quando isso ocorre, a física do gás é definida por uma função de onda macroscópica.
Uma característica particularmente interessante dos BECs são os solitons, que são pacotes de ondas que mantêm suas formas enquanto viajam. Solitons também são encontrados em uma ampla gama de campos, incluindo hidrodinâmica, materiais ferroelétricos e supercondutores.
Um sóliton óptico espacial ocorre quando a difração da luz em um meio é cuidadosamente equilibrada pela autofocagem. A autofocagem é um efeito não linear que envolve a própria luz alterando as propriedades ópticas do meio.
Dipolos torcidos
Em seu estudo, a equipe de Henderson explorou um cenário mais complexo. Em vez de um feixe de laser convencional com distribuição de intensidade gaussiana, eles consideraram a luz “torcida”. Isso é luz com uma frente de onda que gira em torno de seu eixo de viagem como um saca-rolhas. Esses feixes carregam momento angular orbital, o que significa que eles podem girar dipolos elétricos em escala atômica que encontram em um meio.
A equipe calculou o que aconteceria quando um feixe de luz retorcida interage com os átomos de um BEC que está se movendo na mesma direção da luz. Eles preveem que o efeito de auto-focagem faria com que a luz torcida se fragmentasse em sólitons. Como os átomos do BEC são atraídos pela luz de alta intensidade, os átomos seriam “capturados” pelos sólitons ópticos. O resultado é a criação de pacotes de ondas de luz-átomo acoplados.
Bifurcações leves de um lado em um condensado de Bose-Einstein
Os átomos nesses pacotes torcem à medida que se propagam, e a equipe descobriu que o número de pacotes criados é igual ao dobro do momento angular orbital da luz torcida. A figura acima, por exemplo, mostra a criação dos quatro sólitons que ocorreriam quando a luz com um momento angular orbital de dois interage com um BEC.
A descoberta apresenta uma nova técnica simples para esculpir matéria exótica em formas complexas e controlar cuidadosamente o transporte de átomos BEC. Henderson e colegas agora propõem que o efeito possa ser aproveitado em novas tecnologias quânticas: incluindo detectores ultra-sensíveis e circuitos que usam átomos neutros para transmitir correntes.
A pesquisa é descrita em Physical Review Letters.
