Fótons podem se comportar como elétrons em supercondutores

Destaque em Física, semana de 16 de novembro de 2017

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A supercondutividade – fenômeno em que os elétrons podem fluir por um material com resistência zero –, embora ainda enseje muitos estudos para ser completamente compreendida, já produziu várias revoluções tecnológicas, com aplicações que vão da medicina à física de partículas, passando pelos transportes.

A teoria que explica o que está por trás desse comportamento dos elétrons sugere que, nas circunstâncias apropriadas, eles vencem a repulsão de Coulomb (que repele cargas de mesma polaridade) e se alinham em duplas, os chamados pares de Cooper. Agora, pesquisadores brasileiros demonstraram que partículas de luz podem ter o mesmo comportamento.

Em um trabalho publicado em 9 de novembro no "Physical Review Letters", o grupo composto por André Saraiva, Marcelo F. Santos e Belita Koiller, do Instituto de Física da UFRJ (Universidade Federal do Rio de Janeiro), Reinaldo de Melo e Souza, do Instituto de Física da UFF (Universidade Federal Fluminense), e Filomeno S. de Aguiar Júnior, Arthur Patrocínio Pena, Carmos H. Monken e Ado Jorio, do Departamento de Física da UFMG (Universidade Federal de Minas Gerais), apresentou o arranjo experimental que demonstrou essa propriedade dos fótons, a despeito de serem bósons – partículas com spin inteiro. Elétrons, por sua vez, são férmions – têm spin semi-inteiro.

“É algo a que nós demos muita atenção na nossa demonstração, mas em retrospecto não é tão surpreendente”, diz Saraiva. “Existem exemplos parecidos, como a superfluidez de hélio-4 [que também é um bóson]. De todo modo, a interpretação dos resultados deve ser feita de forma cuidadosa, pois o mecanismo BCS de supercondutividade tradicional de fato se vale do fato de que elétrons são férmions.”

O que mais empolga os pesquisadores é encontrar esse cruzamento de disciplinas da física –  matéria condensada e óptica quântica – e arranjos experimentais capazes de explorá-lo. “É muito promissor”, diz Saraiva. “Estamos muito estimulados com as portas que o nosso trabalho abriu.”

Com efeito, essas portas podem transcender apenas a compreensão básica da natureza – a exemplo da própria supercondutividade. “Não esperamos algo na mesma dimensão, pois a maior parte da luz continua no estado normal. Apenas uma ínfima parte forma pares de Cooper. Já começamos a investigar possíveis aplicações, e ainda não há conclusões definitivas. Mas adianto que as perspectivas são animadoras.”

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