A luz do Sol, das lâmpadas fluorescentes e de outras fontes de luz que encontramos no dia-a-dia funcionam por um processo cíclico de excitação e decaimento atômico. Em geral, uma fonte de energia fornece energia aos átomos de modo que seus elétrons passam de um estado de energia fundamental a um excitado, de energia mais alta. Uma vez no estado excitado, os elétrons emitem luz e decaem para o estado de energia mais baixa, ficando prontos para ser excitados novamente. A emissão de luz continua enquanto for fornecida energia para excitar os átomos. Agora, um estudo teórico demonstra outra possibilidade além da excitação atômica. “Mostramos que é possível ter um processo de emissão de luz sem excitar um átomo”, afirma Celso Jorge Villas-Boas, professor do Departamento de Física da Universidade Federal de São Carlos.
Villas-Boas e colegas do Instituto Max Planck de Óptica Quântica, Alemanha, publicaram em março na Physical Review Letters um estudo teórico de geração de luz por um único átomo aprisionado dentro de uma cavidade óptica. A cavidade óptica consiste de dois espelhos com coeficiente de reflexão muito alto, fazendo com que a luz seja refletida inúmeras vezes e o átomo dentro da cavidade interaja fortemente com o campo eletromagnético. Os pesquisadores mostram como ajustar dois feixes laser externos de modo a produzir uma interferência quântica destrutiva entre os processos de absorção, e uma interação entre os estados fundamentais que induzem a cavidade a emitir fótons, sem que o átomo dentro dela possa alcançar um estado excitado.
O projeto de pesquisa tem apoio financeiro da FAPESP e do CNPq.
Artigo científico
Continuous Generation of Quantum Light from a Single Ground-State Atom in an Optical Cavity
Celso Jorge Villas-Boas, Karl Nicolas Tolazzi, Bo Wang, Christopher Ianzano e Gerhard Rempe
Phys. Rev. Lett. 124, 093603 – 6 de março de 2020
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