Cientistas tiram foto do comportamento dual da luz (partícula-onda)

A luz se comporta tanto como uma partícula como uma onda. Desde os dias de Einstein, os cientistas tentam observar diretamente essas duas características da luz, ao mesmo tempo. Agora, cientistas da EPFL conseguiram capturar o primeiro “snapshot” destes dois comportamentos.

A mecânica quântica nos diz que a luz pode se comportar simultaneamente como uma partícula ou uma onda. No entanto, nunca houve uma experiência capaz de capturar ambas as naturezas da luz, ao mesmo tempo; o mais próximo que chegamos foi ver a onda ou a partícula, mas sempre em momentos diferentes. Tomando uma abordagem experimental radicalmente diferente, os cientistas da EPFL foram capazes de tirar a primeira foto da luz se comportando tanto como uma onda e como partícula. O trabalho de descoberta está publicado na Nature Communications.

Quando a luz Ultravioleta atinge uma superfície de metal, provoca uma emissão de elétrons. Albert Einstein explicou o efeito "fotoelétrico", propondo que a luz (pensada para ser apenas uma onda) é também um fluxo de partículas. Embora uma variedade de experiências observaram com êxito tanto o comportamento de partícula como o ondulatório, eles nunca foram capazes de observar os dois ao mesmo tempo. Uma equipa de pesquisadores liderada por Fabrizio Carbone na EPFL realizou uma experiência com um toque de inteligência: usando elétrons à luz da imagem os pesquisadores capturaram, pela primeira vez, uma única foto da luz se comportando simultaneamente como uma onda e como uma corrente de partículas.

O experimento está configurado desta forma: Um pulso de laser é disparado em um pequeno nano fio (fio com comprimento de nanômetros) metálico. O laser adiciona energia para as partículas carregadas no nano fio, causando-lhes vibração. A luz viaja ao longo deste minúsculo fio em duas direções possíveis, como carros em uma rodovia. Quando as ondas que viajam em direções opostas encontram umas às outras, elas formam uma nova onda que parece que fica no lugar (onda estacionária). Esta onda estacionária se torna a fonte de luz para o experimento, irradiando ao redor do nano fio.

Os cientistas atiram um fluxo de elétrons perto do nano fio, utilizando-os para criar imagem da onda estacionária de luz. Os elétrons interagem com a luz confinada no nanofio, quer esteja em movimento acelerado ou retardado. Utilizando o microscópio de imagem ultrarrápida a posição em que esta mudança de velocidade ocorreu, a equipe de Carbone pôde agora visualizar a onda estacionária, que atua como uma impressão digital da natureza onda-partícula da luz.

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