Os cientistas capturam a primeira imagem da luz se comportando tanto como uma partícula quanto como uma onda

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Os pesquisadores alcançaram a primeira evidência pictórica de que a luz pode se comportar simultaneamente como uma partícula e como uma onda.

O conceito de fótons – ou seja, partículas de luz – existe desde 1905, explicado por Albert Einstein como o efeito “fotoelétrico”. Este efeito ocorre quando a luz atinge uma superfície de metal, fazendo com que essa superfície de metal emita fotoelétrons. No entanto, o comportamento desses elétrons não poderia ser contabilizado se a luz fosse uma onda – só faria sentido se a luz fosse composta de partículas.

Desde então, foi demonstrado que a luz se comporta como ambos. Foi observado se comportando como uma onda, e foi observado se comportando como uma partícula – embora nunca tivesse sido, até agora, observado diretamente fazendo as duas coisas ao mesmo tempo.

O conceito de fótons – ou seja, partículas de luz – existe desde 1905, explicado por Albert Einstein como o efeito “fotoelétrico”. Este efeito ocorre quando a luz atinge uma superfície de metal, fazendo com que essa superfície de metal emita fotoelétrons. No entanto, o comportamento desses elétrons não poderia ser contabilizado se a luz fosse uma onda – só faria sentido se a luz fosse composta de partículas.

Desde então, foi demonstrado que a luz se comporta como ambos. Foi observado se comportando como uma onda, e foi observado se comportando como uma partícula – embora nunca tivesse sido, até agora, observado diretamente fazendo as duas coisas ao mesmo tempo.

A conquista foi feita por pesquisadores da École polytechnique fédérale de Lausanne, liderada por Fabrizio Carbone – empregando uma nova técnica que usa elétrons para criar imagens de luz.

“Este experimento demonstra que, pela primeira vez, podemos filmar a mecânica quântica – e sua natureza paradoxal – diretamente”, disse Carbone.

Para tirar a foto, a equipe usou um aparato especial, disparando um pulso de luz laser em um minúsculo nanofio metálico, que continha partículas carregadas. O laser energizou essas partículas, induzindo-as a vibrar. As ondas de luz foram enviadas ao longo do fio em duas direções opostas, encontrando-se no meio e criando uma terceira onda – uma onda estacionária.

Foi então que o fluxo de elétrons foi introduzido, disparado próximo ao nanofio e sua onda de luz estacionária confinada. Quando alcançaram a luz, os elétrons aceleraram ou desaceleraram; e, usando um microscópio ultrarrápido, a equipe conseguiu imagens da onda estacionária.

Mas os elétrons também mostraram que a onda estacionária continha partículas. Quando os elétrons entraram em contato com a onda, eles colidiram com os fótons, o que resultou em uma mudança de velocidade, causada por uma troca de energia entre os fótons e os elétrons.

É essa mudança de velocidade – e a troca de energia que ela prova – que, por sua vez, demonstra o comportamento da partícula dentro da onda estacionária.

Isso, disse Carbone, tem implicações e possíveis aplicações futuras na computação. “Ser capaz de criar imagens e controlar fenômenos quânticos em escala nanométrica como este abre um novo caminho para a computação quântica”, disse ele.

O artigo completo, “Observação simultânea da quantização e do padrão de interferência de um campo próximo plasmônico”, pode ser encontrado online na revista Nature Communications.

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John Doe

Curioso e apaixonado por tecnologia.

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