O que você está vendo aqui é um grande avanço. A imagem acima revela uma propriedade da luz que nunca foi vista antes por olhos humanos, embora nós já saibamos que ela existe há muito tempo. Mas, finalmente, graças a um experimento engenhoso de captura de imagem, agora podemos ver como a luz se comporta como uma onda e uma partícula ao mesmo tempo.
A imagem foi publicada hoje no Nature Communications por uma equipe de cientistas baseados na Europa.
De acordo com um comunicado da École Polytechnique Fédérale de Lausanne sobre o artigo:
O experimento está montado da seguinte forma: um pulso de luz laser é disparado em pequeno nanofio metálico. O laser adiciona energia nas partículas carregadas no nanofio, fazendo com que elas vibrem. A luz viaja ao longo deste minúsculo fio em duas direções possíveis, como carros em uma rodovia. Quando as ondas que viajam em direções opostas encontram umas às outras, eles formam uma nova onda, que parece que ficar no lugar. Aqui, esta onda estacionária se torna a fonte de luz para o experimento, irradiando em torno do nanofio.
É aí que entra o truque do experimento: os cientistas dispararam um fluxo de elétrons perto do nanofio, utilizando-os para registrar a imagem da onda estacionária de luz. Como os elétrons interagem com a luz confinada no nanofio, eles acelerariam ou desacelerariam. Utilizando o microscópio ultra-rápido para capturar a posição em que esta alteração na velocidade ocorreu, a equipe de Carbone conseguiu visualizar a onda estacionária, a qual atua como uma impressão digital da natureza ondulatória da luz.
Embora este fenômeno mostre a natureza ondulatória da luz, ele simultaneamente demonstra seu aspecto de partícula também. À medida que os elétrons passam perto da onda estacionária de luz, eles “batem” nas partículas da luz, os fótons. Como mencionado acima, isto afeta a sua velocidade, fazendo com que eles se movam mais rapidamente ou mais lentamente. Esta mudança de velocidade aparece como uma troca de “pacotes” de energia (quanta) entre elétrons e fótons. A própria ocorrência destes pacotes de energia que mostra a luz sobre o nanofio se comporta como uma partícula.
“Esta experiência demonstra que, pela primeira vez na história, podemos filmar a mecânica quântica – e sua natureza paradoxal – diretamente”, diz Fabrizio Carbone. Além disso, a importância deste trabalho pioneiro pode se estender para além da ciência fundamental, para tecnologias futuras. Como Carbone explica: “Ser capaz de capturar e controlar fenômenos quânticos em escala nanométrica como este abre novos caminhos para a computação quântica.”
Leia o artigo científico completo na Nature Communications.
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