Din ce este făcută lumina: unde sau particule? Această simplă întrebare i-a fascinat pe fizicieni din primele zile ale ştiinţei. Mecanica cuantică afirmă că fotonii sunt atât particule, cât şi unde. Noul experiment a reuşit detectarea simultană a celor două "stări".
Noua demonstraţie a dualităţii undă-particulă a fotonilor, care a fost numită de laureatul premiului Nobel, Richard Feynman, „un adevărat mister al mecanicii cuantice” a fost prezentată de către fizicienii de la Universitatea Bristol în revista Science.
Istoria ştiinţei este marcată de o intensă dezbatere între teoriile despre natura luminii: undă sau de particulă. Isaac Newon a fost principalul susţinător al teoriei naturii luminii ca particulă, în timp ce Clerk Maxwell şi a sa de succes teorie a electromagnetismului, susţinea teoria naturii luminii ca undă.
Totuşi, lucrurile s-au schimbat dramatic în 1905, când Albert Einstein a arătat că era posibilă explicarea efectului fotoelectric (care era un mister până la acea vreme) folosind ideea că lumina este făcută din particule: fotoni. Această descoperire a avut un impact enorm în fizică, deoarece a contribuit în mare măsură la dezvoltarea mecanicii cuantice – cea mai precisă teorie ştiinţifică care a fost vreodată creată.
"Fotonul se comporta simultan
ca undă şi ca particulă"
În pofida succesului ei, mecanica cuantică ne pune intuiţia în faţa unei provocări grozave. Într-adevăr, teoria prezice cu acurateţe remarcabilă comportamentul obiectelor minuscule, precum atomii sau fotonii. Totuşi, atunci când aruncăm o privire mai detaliată asupra acestor predicţii, suntem forţaţi să recunoaştem că ele sunt puternic contraintuitive. De exemplu, teoria cuantică prezice că o particulă (de pildă, un foton) poate fi în mai multe locuri în acelaşi timp. De fapt poate fi chiar într-un număr infinit de locuri în acelaşi timp, exact precum o undă. De aici noţiunea de dualitate undă-particulă, ce este fundamentală pentru toate sistemele cuantice.
Surprinzător, când un foton este observat, el se comportă fie precum o particulă, fie ca o undă. Însă ambele aspecte nu sunt niciodată observate simultan. De fapt, comportamentul afişat este dependent de tipul măsurătorii care este folosită. Aceste fenomene uluitoare au fost cercetate în mod experimental în ultimii ani, folosind dispozitive de măsurare care pot fi comutate între măsurători de tipul undă sau de tipul particulă.
În lucrarea publicată în revista Science, fizicienii de la Universitatea Bristol dau o nouă direcţie acestor idei. Dr. Alberto Perzzo, Peter Shadbolt şi Profesorul Jeremy O’Brien de la Centrul pentru Fotonică Cuantică au făcut echipă cu teoreticienii fizica cuantică Dr. Nicolas Brunner şi Profesorul Sandu Popescu pentru a concepe un nou tip de aparat de măsură care poate măsura simultan atât comportamentul de undă, cât şi de particulă al luminii. Acest nou dispozitiv are la baza non-localizarea cuantică, un alt efect cuantic cu un puternic accent contraintuitiv.
Dr Peruzzo, membru de cercetare la Centru pentru Fotonică Cuantică, a precizat: „Dispozitivul de măsurare a detectat non-localizare accentuată, ceea ce a confirmat că fotonul se comporta simultan ca o undă şi ca o particulă în cadrul experimentului nostru. Acest lucru reprezintă un important contraargument pentru modelele în care fotonul este fie o undă, fie o particulă.”
Profesorul O’Brien, Directorul Centrului pentru Fotonică Cuantică a spus: „Pentru a realiza acest experiment, am folosit un cip cuantic fotonic, o tehnologie inedită creată în Bristol. Cipul poate fi reconfigurat pentru a putea fi reprogramat şi controlat să implementeze diverse circuite. Această tehnologie este, în prezent, o abordare de vârf în misiunea de a construi un computer cuantic şi în viitor va face posibile studii mai complexe a aspectelor fundamentale ale fenomenelor cuantice.
Traducere după real-mystery-quantum-mechanics-physicists de Răzvan Gavrilă, cu acordul editorului
