Pela primeira vez na história, imagem mostra a luz como partícula e onda ao mesmo tempo
Se você se lembra das aulas de física do ensino médio, sabe que a luz se comporta tanto como uma partícula quanto como uma onda.
Quando a luz ultravioleta atinge uma superfície de metal, provoca uma emissão de elétrons. Albert Einstein explicou esse efeito “fotoelétrico” propondo que a luz – pensada para ser apenas uma onda – é também um fluxo de partículas.
Mesmo que uma variedade de experimentos tenha observado com sucesso tanto o comportamento de partículas quanto o de ondas da luz, ninguém nunca foi capaz de observar os dois ao mesmo tempo.
Agora, cientistas da Escola Politécnica Federal de Lausana, na Suíça, liderados por Fabrizio Carbone, conseguiram capturar a primeira imagem na história da luz nesse seu comportamento duplo. O trabalho inovador foi publicado na revista Nature Communications.
O experimento
A equipe de pesquisa usou elétrons para criar uma imagem da luz. O experimento foi configurado assim: um pulso de luz laser foi disparado em um pequeno nanofio metálico. O laser adicionou energia para as partículas carregadas no nanofio, fazendo-lhes vibrar.
A luz viaja ao longo deste minúsculo fio em duas direções possíveis. Quando as ondas que viajam em direções opostas se chocam, formam uma nova onda que parece estar de pé.
No experimento, esta onda estacionária se tornou a fonte de luz, irradiando em torno do nanofio.
Nesse ponto, um truque foi usado: os cientistas dispararam um fluxo de elétrons perto do nanofio, utilizando-o para fazer a imagem da onda estacionária de luz. Como os elétrons interagem com a luz confinada no nanofio, acelerando ou desacelerando, a equipe pode visualizar a onda estacionária com um microscópio de imagem ultrarrápida, a qual atua como uma impressão digital da natureza de onda da luz.
Embora este fenômeno mostre a natureza ondulatória da luz, também simultaneamente demonstra seu aspecto de partícula. À medida que os elétrons passam perto da onda estacionária de luz, eles “acertam” partículas da luz, os fótons. Como dito acima, isso afeta a sua velocidade, acelerando-os ou desacelerando-os. Esta mudança de velocidade aparece como uma troca de energia entre elétrons e fótons. A própria ocorrência destes “pacotes de energia” mostra a luz sobre o nanofio se comportando como uma partícula.
“Esta experiência demonstra que, pela primeira vez na história, podemos filmar a mecânica quântica – e sua natureza paradoxal – diretamente”, disse Fabrizio Carbone.
A importância deste trabalho se estende além da ciência fundamental, para aplicações em tecnologias futuras. “Ser capaz de fazer uma imagem e controlar fenômenos quânticos em escala nanométrica abre uma nova rota para a computação quântica”, explica Carbone. [Phys]
