Em 2010, pesquisadores da Universidade de Bonn, Alemanha, sob liderança de Martin Weitz, obtiveram pela primeira vez uma nova fonte da luz, um "superfóton" singular composto de milhares de partículas de luz individuais, um estado chamado de condensado óptico de Bose-Einstein de partículas leves.
O condensado de Bose-Einstein é um estado físico extremo que normalmente ocorre em temperaturas muito baixas. As partículas neste sistema não são mais distinguíveis e estão predominantemente no mesmo estado de mecânica quântica, ou seja, se comportam como uma única "superpartícula" gigante, cujo estado pode ser descrito por uma função de onda.
Durante o novo experimento, os cientistas usaram o mesmo dispositivo que foi usado há 11 anos. Os pesquisadores capturaram partículas de luz em um ressonador feito de dois espelhos curvos, localizados à distância de um micrometro, que refletem o feixe de luz recíproco rápido, segundo o estudo publicado na revista Science.
O espaço entre os espelhos é preenchido com solução líquida de corante que arrefece os fótons. As moléculas de corante "engolem" os fotões e depois os "cospem" de volta, levando as partículas de luz à temperatura da solução corante, que é igual à temperatura ambiente.
Em determinado momento, os cientistas conseguiram registrar uma transição de fase, que é como os físicos chamam a transição entre água e gelo durante o congelamento, no sistema das partículas de luz capturadas.
Os pesquisadores explicam a transição desta forma: os espelhos semitranslúcidos provocam a perda e substituição dos fótons, criando um desequilíbrio que resulta em que o sistema não assume a temperatura definida e começa a oscilar. O processo cria uma transição entre esta fase oscilante e a fase de amortecimento, o que significa que a amplitude de vibração diminui.
"A fase superamortecida que observamos corresponde a um novo estado do campo de luz", disse um dos autores do estudo, Fahri Emre Ozturk.
Os cientistas destacam que geralmente a ação do laser não é separada do efeito de condensado de Bose-Einstein por uma transição de fase e não há uma fronteira definida entre os dois estados.
"No entanto [...] o estado superamortecido do condensado óptico de Bose-Einstein é separado por uma transição de fase entre ambos os estados, tanto do estado oscilante como do laser padrão", comentou o doutor Weitz. "Em outras palavras, estamos lidando com duas fases distintas do condensado óptico de Bose-Einstein."
Os cientistas planejam usar os dados obtidos em futuros estudos para procurar novos estados do campo de luz em múltiplos condensados de luz acoplados que surgem em sistemas ópticos.