Luz é fotografada como partícula e onda ao mesmo tempo
Autor: Química e suas Particularidades | Publicado: 2015-03-09T06:31:00-07:00




Redação do Site Inovação Tecnológica - 03/03/2015



Fotografia "espaço-energética" da luz confinada em um nanofio, mostrando simultaneamente a interferência espacial (aspecto onda) e a quantização de energia (aspecto partícula) de um fóton. [Imagem:&nbsp;Fabrizio Carbone/EPFL]




Dualidade

Diversas técnicas já permitiram aobservação dos fótons como partículas&nbsp;ou seu&nbsp;comportamento como ondas, inclusive em escala macroscópica.

Contudo, embora muitos hoje considerem que a&nbsp;função de onda seja uma entidade real, até agora não tinha sido possível visualizar um fóton como partícula e como onda ao mesmo tempo.

Foi justamente isto que afirmam ter feito Luca Piazza e seus colegas da Escola Politécnica Federal de Lausanne, na Suíça.

Foto de um fóton

Embora traçar a onda equivalente a uma partícula não represente um problema insolúvel, fazer uma fotografia é outra coisa. Por exemplo, são necessários fótons para gerar uma imagem: então, como fotografar um fóton?

Piazza deu um jeito nisto idealizando um experimento no qual são usados elétrons para fazer as imagens dos fótons.

Quando um pulso de laser é disparado sobre um nanofio, o laser adiciona energia às partículas carregadas, fazendo-as vibrar e se movimentar, com os fótons podendo viajar em sentidos opostos nesse nanofio. Mas, quando se chocam, eles formam uma nova onda que se comporta como se nunca saísse do lugar - este é um dos fundamentos da&nbsp;plasmônica.

Essa "onda estacionária" é a musa que posou para a fotografia feita pelos pesquisadores.

Fóton como partícula e como onda

O truque consistiu em disparar uma corrente de elétrons próximo ao nanofio. Conforme os elétrons interagem com a "onda-musa de luz", eles podem ter sua velocidade aumentada ou reduzida.

Usando um microscópio ultrarrápido, a equipe suíça detectou o ponto exato no espaço onde essa mudança de velocidade ocorria. Com elétrons suficientes para fazer o contorno todo, eles conseguiram "visualizar" a onda estacionária, cuja existência demonstra a natureza de onda da luz.

Ocorre que, quando os elétrons atingem o fóton - a onda estacionária - sua alteração de velocidade ocorre mediante uma troca de pacotes de energia (quanta) entre os elétrons e os fótons. Detectando esses pacotes de energia os pesquisadores puderam também fazer uma imagem do fóton como partícula.



Ilustração do experimento que fotografou a luz como partícula e como onda ao mesmo tempo. [Imagem: Fabrizio Carbone/EPFL]


Filme da mecânica quântica

"Este experimento demonstra que, pela primeira vez, nós podemos filmar a mecânica quântica - e sua natureza paradoxal - diretamente," disse o professor Fabrizio Carbone, coordenador da equipe.

O pesquisador afirma que o experimento poderá ajudar no desenvolvimento de novas tecnologias.

"Essa capacidade de fotografar e controlar fenômenos quânticos em escala nanométrica abre uma nova rota rumo à&nbsp;computação quântica," disse ele.

Bibliografia:

Simultaneous observation of the quantization and the interference pattern of a plasmonic near-field
Luca Piazza, T.T.A. Lummen, E. Quiñonez, Y. Murooka, B.W. Reed, B. Barwick, F. Carbone
Nature Communications
Vol.: 6, Article number: 6407
DOI: 10.1038/ncomms7407