Uma equipe de cientistas mediu com sucesso partículas de ser de luz "espremido", em uma experiência que haviam sido baixados nos livros didáticos como impossíveis de observar física. Espremendo é um estranho fenômeno da física quântica. Ele cria uma forma muito específica de luz que é "low-noise" e é potencialmente útil na tecnologia projetada para captar sinais fracos, como a detecção de ondas gravitacionais.
O método padrão de luz apertando envolve disparar um feixe de laser intenso em um material, geralmente um cristal não linear, o que produz o efeito desejado.
Por mais de 30 anos, no entanto, uma teoria tem existido sobre outra técnica possível. Isto envolve um único átomo excitante com apenas uma pequena quantidade de luz. A teoria refere que a luz dispersa por este átomo deve, da mesma forma, ser espremido.
Infelizmente, embora a base matemática para esse método - conhecido como apertar de ressonância de fluorescência - foi elaborado em 1981, o experimento para observar que era tão difícil que se estabeleceu livro de física quântica conclui desespero: "Parece impossível medi-la".
Então ele provou - até agora. Na revista Nature, uma equipe de físicos relatam que eles têm demonstrado com sucesso a compressão das partículas de luz, ou fótons individuais, usando um átomo construído artificialmente, conhecido como um semicondutor ponto quântico. Graças às propriedades ópticas melhoradas deste sistema e da técnica utilizada para fazer as medições, eles foram capazes de observar a luz que foi dispersa, e mostrou-se que tinha de facto sido espremido.
Professor Mete Atature, um companheiro da faculdade de St John na Universidade de Cambridge, que liderou a pesquisa, disse: "É um daqueles casos de uma questão fundamental que os teóricos veio com, mas que, depois de anos de tentativas, as pessoas basicamente concluiu é impossível ver para real -. se ele está lá em tudo "
"Conseguimos fazê-lo porque agora temos átomos artificiais com propriedades ópticas que são superiores aos átomos naturais. Isso significava que fomos capazes de alcançar as condições necessárias para observar essa propriedade fundamental de fótons e provar que este fenómeno ímpar de apertar realmente existe no o nível de um único fóton. É um efeito muito bizarro que vai completamente contra nossos sentidos e expectativas sobre o que deve fazer fótons ".
Como um monte de física quântica, os princípios por trás luz apertando envolvem alguns conceitos incompreensível.
Ela começa com o fato de que onde quer que haja partículas de luz, também existem flutuações eletromagnéticas associadas. Esta é uma espécie de estática que os cientistas se referem como "ruído". Tipicamente, a luz mais intensa obtém, maior será o ruído.Diminuir a luz, eo barulho vai para baixo.
Mas, estranhamente, a um nível quântico muito fina, a imagem muda. Mesmo numa situação em que não existe luz, ruído electromagnético ainda existe. Estes são chamados de flutuações do vácuo. Enquanto a física clássica diz-nos que, na ausência de uma fonte de luz que vai estar na escuridão perfeita, a mecânica quântica nos diz que há sempre alguma desta flutuação ambiente.
"Se você olhar para uma superfície plana, parece lisa e plana, mas sabemos que, se você realmente aumentar o zoom para um nível super-bem, ele provavelmente não é perfeitamente liso em tudo", disse Atature. "A mesma coisa está acontecendo com flutuações do vácuo. Uma vez que você entrar no mundo quântico, você começa a ter esta boa impressão. Parece que há zero fótons presente, mas na verdade há apenas um pouquinho mais do que nada."
É importante ressaltar que essas flutuações do vácuo estão sempre presentes e fornecer um limite de base para o ruído de um campo de luz. Mesmo lasers, a fonte luminosa mais perfeito conhecida, realizar este nível de ruído flutuante.
Isto é, quando as coisas ficam mais estranho ainda, no entanto, porque, nas condições certas quântica, esse limite base do ruído pode ser reduzido ainda mais. Este vácuo menor do que o mais baixo do que o nada, ou, estado é o que os físicos chamam de compressão.
No experimento Cambridge, os pesquisadores conseguiram isso brilhando um feixe de laser fraco sobre a seu átomo artificial, o ponto quântico. Este animado a ponto quântico e levou à emissão de um fluxo de fótons individuais. Embora normalmente, o ruído associado a essa atividade fotônica é maior do que um estado de vácuo, quando o ponto foi apenas animado fracamente o ruído associado com o campo luminoso realmente caiu, tornando-se menos do que a suposta linha de base de flutuações do vácuo.
Explicando por que isso acontece envolve algum física quântica altamente complexo. Em seu núcleo, no entanto, é uma regra conhecida como princípio da incerteza de Heisenberg. Isto indica que, em qualquer situação em que uma partícula tem duas propriedades ligadas, apenas um pode ser medida e a outra tem de ser incerto.
No mundo normal da física clássica, esta regra não se aplica. Se um objeto está se movendo, podemos medir tanto a sua posição e momento, por exemplo, para entender onde está indo e quanto tempo é provável que tomar para chegar lá. O par de propriedades - posição e momento - estão ligados.
No estranho mundo da física quântica, no entanto, a situação muda. Heisenberg afirma que apenas uma parte de um par pode jamais ser medido, eo outro deve permanecer incerto.
No experimento Cambridge, os pesquisadores usaram essa regra a seu favor, criando um equilíbrio entre o que poderia ser medido, eo que não podia. Espalhando luz laser fraco do ponto quântico, o barulho de uma parte do campo eletromagnético foi reduzido para um nível extremamente preciso e baixo, abaixo da linha de base padrão de flutuações do vácuo. Isso foi feito à custa de fazer outras partes do campo eletromagnético menos mensurável, o que significa que tornou-se possível criar um nível de ruído que não era nada menor do que o, em conformidade com o princípio da incerteza de Heisenberg, e, portanto, as leis da física quântica .
Determinação da incerteza com que as flutuações do campo electromagnético pode ser medido num gráfico cria uma forma em que a incerteza de uma parte tenha sido reduzida, enquanto o outro foi estendido. Isso cria uma esmagado aparência, ou "espremido" forma, daí o termo, "espremendo" luz.
Atature acrescentou que o ponto principal do estudo era simplesmente para tentar ver essa propriedade de fótons individuais, porque ele nunca tinha sido visto antes. "É apenas o mesmo que querer olhar para Plutão em mais detalhes ou estabelecer que pentaquarks estão lá fora", disse ele. "Nenhuma dessas coisas tem uma aplicação óbvia agora, mas o ponto é saber mais do que fizemos antes. Fazemos isso porque somos curiosos e querem descobrir coisas novas. Essa é a essência do que a ciência é tudo."
A imagem na parte superior da página mostra um tipo Ia supernovas que são mais brilhantes do que as galáxias inteiras e bilhões visíveis de anos-luz de distância.
O Galaxy diário via St Johns College, Universidade de Cambridge
Crédito da imagem: http://www2.lbl.gov/Publications/YOS/Jul/
Nenhum comentário:
Postar um comentário