Proteína de bactérias ‘segura’ a luz

Substâncias como vapores de átomos e rubi sólido já foram usadas para tornar a luz tão lenta quanto uma lesma. Agora, um material biológico é capaz da mesma façanha.
Pesquisadores anunciaram, na Physical Review Letters de 16 de dezembro, que um filme de proteína produzida por bactérias faz a luz chegar até menos de 0,091 mm/s, o mais baixo valor já alcançado, um pouco menor que a “luz parada” divulgada há alguns anos atrás.
A equipe controlou precisamente a velocidade da luz usando um segundo feixe de luz. Eles sugerem que materiais biológicos semelhantes poderiam dirigir sinais em computadores óticos e redes de telecomunicações.
Atrasando a luz
A luz cruza o espaço vazio a 300.000 km/s, até se encontrar com as moléculas que a desaceleram. Para aprender mais sobre os limites da propagação da luz através da matéria, pesquisadores têm, recentemente, desacelerando a luz de maneira espetacular, fazendo até que ela parasse por alguns instantes.
Os primeiros experimentos usaram vapores de átomos e lasers “high-end”, mas em 2003 surgiu uma técnica mais simples, chamada de Oscilação Coerente de População (CPO, em inglês), que funciona a temperatura ambiente com lasers mais simples.
Na CPO, a luz laser atinge um material cujas moléculas são excitadas pelas partículas de luz (fótons) a um estado quântico de vida longa. Os pesquisadores variam a intensidade do laser no ritmo de uma lenta onda senoidal. O período da onda coincide aproximadamente com o tempo de vida do estado. Em cada ciclo, à medida que a intensidade da onda aumenta para o seu pico, os fótons são absorvidos pelo material até que todas as moléculas tenham sido promovidas ao estado excitado.
Nessa situação temporária, o material fica “saturado”, deixando que os fótons restantes o atravessem. Quando as moléculas excitadas decaem para o estado fundamental, elas emitem fótons e o ciclo recomeça.
Como os fótons são absorvidos em uma parte do ciclo e emitidos em seguida, o resultado líquido é que o sinal senoidal é atrasado — isto é, o sinal de luz se desacelera. Proteína bR
Produzida por bactérias, a bacteriorodopsina (bR) é uma proteína cujo tempo de vida do estado excitado é quase de um segundo completo. Logo, Pengfei Wu, da New Span Optotecnologia em Boston, e Devulapalli Rao, da Universidade de Massachusettes, também em Boston, acharam que ela seria ideal para a técnica de CPO. O estado excitado ocorre quando, depois de absorver um fóton, a estrutura tridimensional da molécula se contorce, ficando em uma conformação tensionada de alta energia.
Wu e Rao misturaram moléculas bR dentro de um filme de polímeros com espessura em torno de 100 microns e incidiram uma luz laser verde no filme. Eles variaram a intensidade da luz, com freqüências tão baixas quanto 0,1 Hz, e descobriram que a onda senoidal, ao sair, atrasou quase um segundo, correspondendo ao recorde de luz lenta. Controle por laser azul
Os pesquisadores descobriram que podiam alterar o atraso com outro laser de cor azul iluminando o filme. Os fótons azuis forçaram as moléculas bR a relaxar voltando a sua forma original e emitindo fótons verdes mais cedo. Pela mudança da intensidade da luz azul, eles puderam ajustar minuciosamente a velocidade da onda senoidal verde, passando por todos os valores desde o mais lento até a velocidade da luz no vácuo.
Controlar a velocidade de um sinal de luz com outro por uma faixa tão ampla é sem precedentes. A técnica poderia ser útil em circuitos feitos só de componentes óticos, onde um controle preciso da velocidade de cada sinal seria essencial. A bR, porém, não é ideal para tais dispositivos, porque responde de maneira lenta demais aos sinais do controlador, no caso, a luz azul.