Perspicácia de hoje 'Galaxy': "O 'Great Smoky Dragon' da Física Quântica"

Desde o século 17, a ciência estava intrigado com a natureza da luz. Isaac Newton tinha certeza que ele consiste de um fluxo de partículas. Seu contemporâneo Christiaan Huygens, no entanto, argumentou que a luz é uma onda. física quântica moderna diz que ambos tinham razão. A luz pode ser observada tanto na forma de partículas e como ondas - dependendo cuja característica é medida numa experiência, apresenta-se mais como um ou outro. Este assim chamado dualismo onda-partícula é um dos princípios fundamentais da física quântica. Isto questiona o nosso senso comum: pode uma ea mesma coisa de fato ser de duas naturezas contraditórias ao mesmo tempo?

Na década de 1970, o físico americano John Archibald Wheeler (1911-2008) metaforicamente comparada a indefinição fundamental de fenômenos quânticos com um "grande dragão smoky": Pode-se ver a cauda, ​​que é a origem das partículas, e a cabeça, que são os resultados da medição. Mas entre o corpo inteiro é coberto de fumaça. E essa fumaça não podem ser removidos: Somente a medição define o fenômeno, e não o contrário. Wheeler famosa popularizou o termo "buraco negro" e por cunhar o termo "moderador nuclear", "espuma quântica", e "buraco de minhoca".

Para colocar esse conceito em um ambiente concreto, Wheeler propôs sua famosa experiência de pensamento da escolha retardada.Neste experimento de pensamento, a escolha para determinar a partícula ou onda natureza é atrasada ou mesmo alterados durante o experimento. Desse modo, um e o mesmo fenómeno, por exemplo luz, manifesta-se como uma partícula ou como uma onda na mesma experiência. Pode, portanto, de facto, ambos, dependendo do tempo e da natureza da medição.

A imagem abaixo mostra a natureza dual da luz, que age como partículas e ondas. Em um novo experimento relatado em novembro de 2012, os pesquisadores observaram fótons de luz agindo como partículas e ondas simultaneamente. (S. Tanzilli, CNRS).

Nas últimas décadas, os físicos quânticos têm tentado testar experimentalmente experimento de pensamento de Wheeler para comprovar empiricamente a dualidade onda-partícula. Xiao-canção Ma, da Universidade de Nanjing, Johannes Kofler do Instituto Max Planck de Óptica Quântica , e Anton Zeilinger, da Universidade de Viena e do Instituto de Óptica Quântica e Informação Quântica(IQOQI) da Academia Austríaca de Ciências têm mostrado agora a o sucesso deste esforço, em um extenso estudo, que resume e avalia toda a história de experimentos escolha atrasadas.

Embora o conceito de dualidade onda-partícula pode ser rastreada até a explicação de Albert Einstein do efeito fotoelétrico via fótons em 1905, que levou até os anos 1980 que as primeiras experiências da escolha retardada foram realizados. "Somente através do desenvolvimento de técnicas ópticas quânticas modernos para a medição rápida e precisa de luz que era possível colocar a experiência do pensamento de Wheeler em prática", diz Xiao-canção Ma, principal autor do estudo.

"Experimentos desse tipo confrontar-nos com questões fundamentais da física quântica", acrescenta Anton Zeilinger. "No entanto, eles também têm importância para futuras aplicações, tais como na criptografia quântica ou o desenvolvimento de computadores quânticos."

experimentos da escolha retardada pode ser aplicado ao fenómeno mecânica quântica de emaranhamento, o que é importante para a segurança da comunicação quântica. No que diz respeito computadores quânticos, há certas situações em que experimentos da escolha retardada podem aumentar a velocidade de computação. Os autores do estudo, que agora apareceu na revista Reviews of Modern Physics , esperam que os experimentos da escolha retardada continuará a trazer novos insights sobre física quântica, bem como aplicações práticas para as tecnologias baseando-se em-los.

O Galaxy diário via Universidade de Viena

Crédito da imagem: NASA