Preparem seus capacetes de nerd, porque a física quântica acaba de ficar ainda mais fascinante! Uma equipe internacional de físicos e engenheiros confirmou experimentalmente que o momento angular
Preparem seus capacetes de nerd, porque a física quântica acaba de ficar ainda mais fascinante! Uma equipe internacional de físicos e engenheiros confirmou experimentalmente que o momento angular da luz é conservado quando um único fóton se divide. Sim, você leu certo! Aquela luzinha que sai do seu celular obedece a leis de conservação no nível mais fundamental da natureza. E, para nós, fãs de cultura pop, isso significa que a ciência está cada vez mais perto de nos entregar tecnologias dignas de filmes de ficção científica.
Calma, não precisa entrar em pânico! Pense no momento angular como a “quantidade de rotação” de um objeto. No caso da luz, ela pode ter um momento angular orbital (MAO), que está ligado à sua estrutura espacial. É como se você pudesse “torcer” a luz, dar nós nela ou até mesmo transformá-la em um donut luminoso! Essa habilidade de manipular a luz tem um potencial enorme em áreas como a fotônica, que estuda as propriedades e aplicações da luz.
No mundo quântico, as coisas ficam ainda mais interessantes. As leis de conservação, como a da energia, determinam quais processos são permitidos ou proibidos. No caso do momento angular, isso significa que as partículas de luz, os fótons, possuem quantidades bem definidas de MAO que precisam ser conservadas quando interagem com outras partículas. A equipe de cientistas levou esse conceito ao limite, explorando se a conservação do MAO se mantém quando um único fóton se divide em dois.
Imagine um fóton com MAO zero se dividindo em dois. A lei da conservação determina que a soma dos MAOs dos dois novos fótons também deve ser zero. Ou seja, se um dos fótons tiver um MAO de 1, o outro deve ter um MAO de -1. É como se a natureza estivesse fazendo um balanço perfeito para garantir que nada se perca.
Testar essa lei em um único fóton não foi nada fácil. Os processos ópticos não lineares necessários são extremamente ineficientes, com apenas um bilionésimo dos fótons sendo convertidos em um par. A equipe precisou de uma configuração óptica super estável, baixo ruído de fundo, um esquema de detecção ultra eficiente e muita, mas muita paciência para registrar conversões suficientes e confirmar a lei da conservação.
Os resultados dessa pesquisa não são apenas uma confirmação de uma lei fundamental da física, mas também abrem portas para a criação de estados quânticos fotônicos mais complexos. A equipe observou os primeiros sinais de entrelaçamento quântico nos pares de fótons gerados, o que indica que a técnica pode ser estendida para gerar novos estados quânticos onde os fótons são entrelaçados de todas as maneiras possíveis: no espaço, no tempo e na polarização.
E o que isso significa para nós, fãs de tecnologia e cultura pop? Bem, imagine computadores quânticos super rápidos, sistemas de comunicação ultra seguros e sensores com uma precisão inimaginável. A física quântica está pavimentando o caminho para um futuro onde a ficção científica se torna realidade. E eu, como redatora da InnovaGeek, mal posso esperar para ver o que está por vir!
Essa confirmação experimental foi publicada na revista Physical Review Letters (Kopf, L., Barros, R., Prabhakar, S., Giese, E., & Fickler, R. (2024). Conservation of Angular Momentum on a Single-Photon Level. *Physical Review Letters*, *134*(20), 203601).
