Uma equipe de físicos internacionais recriou o famoso experimento da dupla fenda, que mostrou a luz se comportando como partículas e uma onda, no tempo e não no espaço.
O experimento conta com materiais que podem mudar suas propriedades ópticas em frações de segundo, que podem ser usados em novas tecnologias ou para explorar questões fundamentais da física.
O experimento original da dupla fenda, realizado em 1801 por Thomas Young na Royal Institution, mostrou que a luz age como uma onda. Experimentos posteriores, no entanto, mostraram que a luz realmente se comporta tanto como onda quanto como partícula – revelando sua natureza quântica.
Esses experimentos tiveram um impacto profundo na física quântica, revelando a partícula dupla e a natureza ondulatória não apenas da luz, mas de outras “partículas”, incluindo elétrons, nêutrons e átomos inteiros.
A equipe de pesquisa liderada pelos físicos do Imperial College London realizou o experimento usando “fendas” no tempo, e não no espaço. Eles conseguiram isso disparando luz através de um material que muda suas propriedades em femtossegundos (quadrilionésimos de segundo), permitindo que a luz passe apenas em momentos específicos em rápida sucessão.
O chefe da Escola de Física e Astronomia da Monash University, professor Stefan Maier, fez parte da equipe envolvida neste emocionante experimento e co-autor do estudo publicado na revista científica Nature Physics.
“O conceito de cristais de tempo tem o potencial de levar a interruptores ópticos paralelizados ultrarrápidos”, disse o professor Maier.
“Além disso, é uma bela demonstração da física ondulatória e de como podemos transferir conceitos como interferência do domínio do espaço para o domínio do tempo.”
O pesquisador principal, professor Riccardo Sapienza, do Departamento de Física do Imperial College de Londres, disse: “Nosso experimento revela mais sobre a natureza fundamental da luz, servindo como um trampolim para a criação dos materiais definitivos que podem controlar minuciosamente a luz no espaço e no ambiente. tempo.”
A configuração original de fenda dupla envolvia direcionar a luz para uma tela opaca com duas finas fendas paralelas. Atrás da tela havia um detector para a luz que passava.
Para viajar pelas fendas como uma onda, a luz se divide em duas ondas que passam por cada fenda. Quando essas ondas se cruzam novamente do outro lado, elas “interferem” umas nas outras. Onde os picos da onda se encontram, eles se intensificam, mas onde um pico e um vale se encontram, eles se anulam. Isso cria um padrão listrado no detector de regiões de mais luz e menos luz.
A luz também pode ser dividida em “partículas” chamadas fótons, que podem ser registradas atingindo o detector uma de cada vez, construindo gradualmente o padrão de interferência listrado. Mesmo quando os pesquisadores dispararam apenas um fóton por vez, o padrão de interferência ainda emergiu, como se o fóton se dividisse em dois e passasse pelas duas fendas.
Na versão clássica do experimento, a luz que sai das fendas físicas muda de direção, então o padrão de interferência é escrito no perfil angular da luz. Em vez disso, as fendas de tempo no novo experimento alteram a frequência da luz, o que altera sua cor. Isso criou cores de luz que interferem umas nas outras, realçando e anulando certas cores para produzir um padrão do tipo interferência.
O material que a equipe usou foi uma fina película de óxido de índio-estanho, que forma a maioria das telas de celulares. O material teve sua refletância alterada por lasers em escalas de tempo ultrarrápidas, criando as ‘fendas’ para a luz. O material respondeu muito mais rápido do que a equipe esperava ao controle do laser, variando sua refletividade em alguns femtossegundos.
O material é um metamaterial – um que é projetado para ter propriedades não encontradas na natureza. Esse controle preciso da luz é uma das promessas dos metamateriais e, quando associado ao controle espacial, pode criar novas tecnologias e até mesmo análogos para estudar fenômenos físicos fundamentais, como buracos negros.
O coautor, professor Sir John Pendry, do Imperial College, disse: “O experimento de fendas de tempo duplas abre as portas para uma espectroscopia totalmente nova capaz de resolver a estrutura temporal de um pulso de luz na escala de um período da radiação”.
A equipe quer explorar o fenômeno em um “cristal do tempo”, que é análogo a um cristal atômico, mas onde as propriedades ópticas variam com o tempo.
Publicado em 15/04/2023 19h10
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