Quando uma força é exercida sobre um objeto, o comportamento dele é bastante previsível: ele se afasta da fonte da força que está o empurrando. Mas, recentemente, os físicos descobriram que é possível que um objeto aja de forma inversa, ou seja, que se aproxime da força feita sobre ele, como se tivesse massa negativa. A isso, a física dá o nome de polariton.

Agora, físicos da Universidade de Rochester, nos EUA, criaram o primeiro dispositivo capaz de gerar polaritons à temperatura ambiente, ou seja, partículas que se comportam como se tivessem massa negativa. O dispositivo gera uma partícula que é uma estranha mistura entre luz e matéria e pode ser a base para um novo tipo de laser que poderia operar com muito menos energia do que as tecnologias atuais.

Isso é possível graças a uma combinação de fótons com uma espécie de quase-partícula chamada de excitonium (uma forma de matéria teorizada há muito tempo e que teve sua existência comprovada recentemente) para fazer a mistura, que alguns cientistas se referem carinhosamente como “pó mágico”. “Isso é interessante e excitante da perspectiva da física”, diz o físico quântico Nick Vamivakas, do Instituto de Ótica de Rochester. “Mas também resulta que o dispositivo que criamos apresenta uma maneira de gerar luz laser com uma quantidade incrementalmente pequena de energia”, celebra.

O dispositivo consiste em dois espelhos que criam uma microcavidade óptica, que limita a luz em diferentes cores do espectro, dependendo de como os espelhos estão espaçados.

Os pesquisadores do laboratório de Vamivakas, incluindo os autores co-responsáveis, Sajal Dhara (agora no Indian Institute of Technology) e a estudante de doutorado Chitraleema Chakraborty, incorporaram um semicondutor na microcavidade de tal forma que sua interação com a luz confinada resultou em pequenas partículas de excitonium combinadas com os fótons da luz confinada para formar polaritons.

O par está unido por algo chamado força de Coulomb, muitas vezes presente quando a luz interage com certos materiais. No caso deste estudo, esse material é o semicondutor atômico e fino feito de disselenida de molibdênio.
A massa negativa é um conceito difícil. A massa é frequentemente observada como uma resistência ou resposta a uma força. É mais difícil empurrar e parar uma bola de boliche do que uma bolinha de gude. Um objeto que se comporta como se tivesse massa negativa, como os polaritons, se comportará de maneiras inesperadas.

“Isso é um desafio para a mente, porque se você tentar empurrá-lo ou puxá-lo, ele irá na direção oposta da que a sua intuição lhe diz”, aponta Vamivakas.

As aplicações para a descoberta são encorajadoras. Ao exibir as características de ter massa negativa, os polaritons poderiam ajudar a criar lasers com uma quantidade de energia muito menor do que é feito atualmente. Os físicos até começaram a considerar se essa “poeira mágica” de luz e matéria poderia ser usada como base de um supercomputador radicalmente novo. [Science Alert, Universidade de Rochester]