Desde a sua invenção na década de 1960, os lasers transformaram a ciência e a vida cotidiana, alimentando tudo, desde scanners de supermercado até cirurgias de correção da visão. Os lasers tradicionais funcionam manipulando fótons, que são partículas individuais de luz. Nas últimas décadas, no entanto, os investigadores alargaram este conceito a outros tipos de partículas, incluindo fônons, que são pequenas unidades de vibração ou som. Dominar os fônons pode desbloquear capacidades inteiramente novas, incluindo o emaranhamento com acesso a efeitos quânticos incomuns.
Cientistas da Universidade de Rochester e do Instituto de Tecnologia de Rochester desenvolveram agora um novo tipo de laser fônon comprimido que pode controlar com precisão essas vibrações em nanoescala. Este nível de controle pode ajudar os pesquisadores a explorar questões fundamentais sobre a gravidade, o movimento das partículas e o comportamento quântico. Suas descobertas, publicadas Comunicação da naturezaDescreva como eles direcionaram essas minúsculas vibrações para funcionarem de maneira coordenada, semelhante a um laser.
Superando o ruído em lasers fônons
Nick Vamivakas, professor de física óptica no Eurochester Institute of Optics, Mary C. Wilson e Joseph C. Wilson, demonstraram anteriormente um laser fônon em 2019 capturando e vibrando vibrações usando uma pinça óptica no vácuo. Embora este tenha sido um grande passo em frente, tornar o sistema adequado para medições precisas exigiu a resolução de um grande desafio partilhado por todos os lasers: o ruído. Essas flutuações indesejadas interferem no sinal e limitam a precisão.
“Mesmo que um laser pareça um feixe constante a olho nu, na verdade há muita flutuação, o que causa ruído quando você usa o laser para medições”, diz Vamivakas. “Ao empurrar e puxar um laser fônon com luz da maneira certa, podemos reduzir significativamente as flutuações desse laser fônon.”
Redução de ruído para maior precisão
Para resolver esse problema, a equipe utilizou uma técnica conhecida como compressão para reduzir o ruído térmico natural presente nos lasers de fônons. Esta redução de ruído permite medições muito mais precisas. De acordo com Vamivaks, este método pode medir a aceleração com mais precisão do que os métodos baseados em laser leve tradicional ou tecnologia de radiofrequência.
Aplicações futuras de navegação e física
Com precisão aprimorada, os lasers fônons podem se tornar ferramentas poderosas para medir a gravidade e outras forças com precisão excepcional. Esta capacidade poderá desempenhar um papel importante em futuros sistemas de navegação. Os pesquisadores propuseram bússolas quânticas como alternativas altamente precisas e “inexpugnáveis” ao GPS que não dependem de satélites, e os lasers de fônons poderiam ajudar a aproximar essas ideias da realidade.
A pesquisa foi apoiada pela National Science Foundation.
