Pela primeira vez, cientistas transformam luz em supersólido, estado que une líquido e sólido

• Pesquisadores italianos obtiveram estado de supersólido usando polaritons, híbridos de luz e matéria.
• O experimento demonstra fluidez típica de líquido e rigidez de sólido, em um sistema óptico quântico.
• A descoberta tem potencial para aplicações em fotônica e computação quântica.

A luz, que normalmente se manifesta como onda ou partícula, foi transformada em um estado exótico da matéria: o supersólido, que combina propriedades de sólido e líquido ao mesmo tempo. Esse avanço foi anunciado por pesquisadores do Instituto de Nanotecnologia de Lecce, na Itália, em estudo publicado em Nature em março desse ano.

O experimento abre novas possibilidades para explorar fases quânticas da matéria em sistemas não convencionais, além de trazer implicações importantes para tecnologias emergentes como computação quântica, fotônica, e processamento de luz em dispositivos mais eficientes.

O que é um supersólido e como foi criado

Um supersólido é uma fase da matéria que simultaneamente exibe ordem estrutural como um sólido, mantendo rigidez ou uma estrutura cristalina, junto com fluidez sem atrito característico de um líquido ou superfluido. Isso só é possível sob condições quânticas muito controladas.

No estudo italiano, os cientistas usaram polaritons, quasipartículas híbridas entre luz e matéria, que se formam quando fótons interagem fortemente com excitações em semicondutores. Esses polaritons foram confinados em um guia de ondas dentro de um cristal fotônico. À medida que se acumulavam densidades, uma modulação espacial emergiu — gotículas quânticas coerentes — organizadas numa estrutura cristalina que, ainda assim, permitia fluxo sem perturbações.

Uma característica importante do experimento é que ele não exigiu sistemas isolados completamente do ambiente, o que até então era considerado requisito para observar supersolidez em muitos casos experimentais.

Desafios técnicos e condições do experimento

Para alcançar esse estado híbrido de sólido e líquido, foram necessárias condições precisas:

• Temperaturas extremamente baixas, próximas do zero absoluto, para minimizar flutuações térmicas que poderiam destruir a coerência quântica dos polaritons.
• Uso de semicondutor apropriado para gerar polaritons, com interação forte entre luz e matéria.
• Estrutura de cristal fotônico como guia de ondas para confinar as quasipartículas e permitir a modulação de densidade.

Além disso, foi observada uma função de onda supersólida — ou seja, uma modulação de densidade combinada com coerência de fase — característica essencial desse estado.

Implicações e aplicações previstas

Esse novo resultado pode trazer impactos em várias frentes:

• Em fotônica, permitir dispositivos que manipulam luz de formas até então impossíveis, com controle fino sobre coerência e estrutura espacial.
• Na computação quântica, o supersólido de luz pode ser explorado para bits quânticos (qubits) ou componentes de processamento que se beneficiem de coerência longa e capacidade de modulação espacial.

• Em novos materiais quânticos e investigação de estados exóticos da matéria, o que pode ajudar a compreender mais profundamente fenômenos como superfluidos, supersólidos e transições de fase quânticas.

Também representa avanço metodológico: tratar luz não apenas como meio de observação, mas como matéria que pode assumir estados estruturados, abrindo possibilidade de integração com tecnologias existentes de semicondutores e cristais fotônicos.

Futuro da pesquisa

Os pesquisadores pretendem investigar como manipular esse estado supersólido de luz mais precisamente, como ajustar o espectro das excitações, e como manter coerência em escalas maiores ou em ambientes menos rígidos, com menos exigências de isolamento.

Há também interesse em ver como esse fenômeno pode ser utilizado em escalas práticas, por exemplo em circuitos fotônicos integrados, sensores de alta precisão ou componentes de sistemas quânticos híbridos.