A primeira fotografia da luz como partícula e onda

A luz se comporta tanto como partícula quanto como onda. Desde os dias de Einstein, os cientistas tentam observar diretamente esses dois aspectos da luz ao mesmo tempo. Agora, os cientistas da EPFL conseguiram capturar o primeiro instantâneo desse comportamento duplo.

A mecânica quântica nos diz que a luz pode se comportar simultaneamente como uma partícula ou uma onda. No entanto, nunca houve um experimento capaz de capturar as duas naturezas da luz ao mesmo tempo; o mais próximo que chegamos é ver uma onda ou partícula, mas sempre em momentos diferentes. Adotando uma abordagem experimental radicalmente diferente, os cientistas da EPFL agora conseguiram tirar o primeiro instantâneo da luz se comportando tanto como onda quanto como partícula. O trabalho inovador é publicado na Nature Communications.

Quando a luz UV atinge uma superfície metálica, causa uma emissão de elétrons. Albert Einstein explicou esse efeito "fotoelétrico" propondo que a luz – pensada ser apenas uma onda – também é um fluxo de partículas. Embora uma variedade de experimentos tenha observado com sucesso os comportamentos de partículas e ondas da luz, eles nunca foram capazes de observar ambos ao mesmo tempo.

Uma equipe de pesquisa liderada por Fabrizio Carbone da EPFL realizou agora um experimento com uma reviravolta inteligente: usar elétrons para criar imagens de luz. Os pesquisadores capturaram, pela primeira vez, um único instantâneo de luz se comportando simultaneamente como uma onda e um fluxo de partículas.

O experimento é configurado assim: um pulso de luz laser é disparado em um minúsculo nanofio metálico. O laser adiciona energia às partículas carregadas no nanofio, fazendo-as vibrar. A luz viaja ao longo desse fio minúsculo em duas direções possíveis, como carros em uma estrada. Quando as ondas que viajam em direções opostas se encontram, elas formam uma nova onda que parece estar no lugar. Aqui, essa onda estacionária se torna a fonte de luz para o experimento, irradiando ao redor do nanofio.

É aí que entra o truque do experimento: os cientistas dispararam um fluxo de elétrons perto do nanofio, usando-os para criar imagens da onda estacionária de luz. À medida que os elétrons interagiam com a luz confinada no nanofio, eles aceleravam ou desaceleravam. Usando o microscópio ultrarrápido para visualizar a posição em que essa mudança de velocidade ocorreu, a equipe de Carbone agora pode visualizar a onda estacionária, que atua como uma impressão digital da natureza ondulatória da luz.

Embora esse fenômeno mostre a natureza ondulatória da luz, também demonstrou simultaneamente seu aspecto de partícula. À medida que os elétrons passam perto da onda estacionária de luz, eles "atingem" as partículas da luz, os fótons. Como mencionado acima, isso afeta sua velocidade, fazendo com que se movam mais rápido ou mais devagar. Essa mudança de velocidade aparece como uma troca de "pacotes" de energia (quanta) entre elétrons e fótons. A própria ocorrência desses pacotes de energia mostra que a luz no nanofio se comporta como uma partícula.

"Este experimento demonstra que, pela primeira vez, podemos filmar a mecânica quântica – e sua natureza paradoxal – diretamente", diz Fabrizio Carbone. Além disso, a importância desse trabalho pioneiro pode se estender além da ciência fundamental e das tecnologias futuras. Como explica Carbone: "Ser capaz de visualizar e controlar fenômenos quânticos em escala nanométrica como essa abre um novo caminho para a computação quântica".

Fonte:
https://engenhariae.com.br/tecnologia/a-primeira-fotografia-da-luz-como-particula-e-onda-2?fbclid=IwY2xjawE1XOdleHRuA2FlbQIxMAABHc9ssa64oDSElGU4d_LBuMb17bEzMFIKdtgYEKIKhepcF7tZ1ukYDBCHQw_aem_Bh2tt3h3ISlfPpoCcwARsw