Física: dualidade onda-partícula é medida pela primeira vez

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Um dos conceitos mais complexos da física é o da dualidade onda-partícula. Ele está baseado no fato de que os objetos em dimensões atômicas (muito, muito pequenos) se comportam como matéria e energia ao mesmo tempo, criando uma natureza difícil de quantificar. Agora, cientistas do Institute for Basic Sciences (IBS), da Coreia do Sul, parecem ter descoberto uma forma de contornar esse problema.

Utilizando um complexo e preciso sistema de fontes emissoras de fótons, os pesquisadores conseguiram determinar as medidas de uma onda-partícula com alguma precisão. O experimento foi publicado na revista científica Science Advances e mostra que a utilização de um emissor específico de fótons pode influenciar no caráter da matéria-energia detectada.

Como funcionou esse experimento

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O complexo experimento que conseguiu medir o comprimento de onda do fóton. (Fonte: Institute for Basic Science /Divulgação)

Para tentar resolver a questão da dualidade onda-partícula, os cientistas construíram um aparato que está exemplificado na figura acima. O conjunto pode ser chamado de “interferômetro de caminho duplo” e foi projetado exatamente para fornecer uma medida quantitativa para o comprimento de onda no momento de interferência com outra partícula de fóton.

As fontes emissoras (representadas pelos retângulos) trabalham emitindo fótons com comprimentos de onda diferentes. Porém, as duas ondas se cruzam nos aparatos identificados pelas siglas PPLN1 e PPLN2 após refletirem em algumas superfícies, resultando em interferências que permitiram calcular o comprimento de onda de uma partícula resultante em BS3 (o losango da figura).

O trabalho de cálculo é extremamente complexo e foi realizado por meio de fórmulas complementares àquela utilizada para a simples medição do comprimento de onda. O aspecto da interferência entre os feixes de fótons foi o que permitiu uma análise mais precisa das partículas detectadas – o que pode ser explicado pelo fato de ser mais fácil encontrar algo quando há mais contraste.

Confirmando resultados teóricos

O resultado confirmou resultados teóricos e pode ter aplicações práticas no futuro. (Fonte: Pixabay)O resultado confirmou resultados teóricos e pode ter aplicações práticas no futuro. (Fonte: Pixabay)Fonte:  Pixabay 

Em um primeiro momento, esse experimento serve para confirmar a dualidade e a natureza onda-partícula, algo que foi proposto pela primeira vez em 1924 pelo físico francês Louis-Victor de Broglie. A dificuldade para se encontrar uma resposta para a quantificação da energia-matéria apenas destaca exatamente essa característica dos objetos atômicos.

Porém, os cientistas também consideram que o experimento confirma outros resultados teóricos ainda não comprovados. Em outro experimento, o cientista Xiaofeng Qian e um grupo de pesquisadores havia identificado que a fonte emissora de fótons possui impacto no cálculo do comprimento das ondas, o que foi confirmado pelos testes do IBS.

“Observar os resultados deste experimento torna possível a discussão sobre a estrutura teórica das ondas-partículas. Dessa forma, podemos testar diferentes fontes de emissão de partículas quantum considerando a dualidade apresentada”, disse Qian em aprovação ao trabalho dos colegas.

Aplicação na computação quântica

Esse trabalho, porém, não traz apenas aplicações teóricas. Com essa última constatação, os cientistas esperam testar fontes emissoras de fóton que ofereçam resultados mais “puros” (sem interferências externas) e que sejam mais fáceis de controlar.

“Essa foi uma grande conquista, sendo possível produzir um único fóton em que todos os parâmetros [quantidade e dimensões] estavam sob controle”, disse Girish Agrawal outro pesquisador que comentou o estudo. No futuro, isso pode ajudar na computação quântica, já que o controle de fótons (sua intensidade e dimensões) é importantíssimo para o avanço dessa ciência.

ARTIGO Science Advances: doi.org/10.1126/sciadv.abi9268