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: Fabrizio Carbone/EPFL]
Dualidade
Diversas técnicas já permitiram aobservação dos fótons como partículas ou seu comportamento como ondas, inclusive em escala macroscópica.
Contudo, embora muitos hoje considerem que a 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 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 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
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
