Os cientistas provaram novamente a natureza quântica da luz, mas agora no tempo – 222 anos se passaram desde a experiência de Jung

A natureza ondulatória da luz foi comprovada no famoso experimento de dupla fenda de Thomas Young já em 1801. Muito mais tarde, os cientistas provaram que, neste caso, as propriedades das partículas elementares permanecem inerentes à luz (fótons). Mas Jung foi o primeiro a mostrar que a luz se comporta como uma onda no espaço. E apenas 222 anos depois, os físicos conseguiram montar um experimento que prova que a luz se comporta como uma partícula e uma onda, não só no espaço, mas também no tempo.

Fonte da imagem: Imperial College London

O experimento foi realizado no Imperial College London. No experimento original de Jung, a luz passava por duas fendas estreitas adjacentes. Toda uma série de golpes apareceu na tela atrás das fendas, o que é explicado pelas propriedades ondulatórias da luz – as ondas das duas fendas interagiram umas com as outras e se fortaleceram ou se extinguiram com vários graus de intensidade. Assim, a natureza ondulatória da luz foi comprovada durante a propagação das ondas no espaço.

Com a avaliação das propriedades ondulatórias da luz no tempo, tudo ficou muito mais complicado. A velocidade da luz é muito alta para o experimento. Isso geralmente é negligenciado nos cálculos. Tomou-se como regra que a luz no tempo se comporta como uma partícula. Um grupo de físicos conseguiu recriar um experimento de dupla fenda que comprovou a natureza ondulatória da luz ao longo do tempo.

No novo experimento, duas fendas foram feitas de um material como filme de óxido de índio e estanho de 40 nm (um material popular para fazer telas de smartphones, por exemplo). O filme foi depositado sobre um substrato de vidro revestido com uma camada de ouro de 100 nm. A “fenda” proposta desempenhava o papel de um espelho que alterava as propriedades de reflexão de 8% para 60% em um sinal (após a aplicação de um pulso de bomba).

A velocidade de comutação das fendas do espelho revelou-se fenomenal – alguns femtossegundos. Foi possível observar os processos de interferência da luz no tempo – as ondas interagiram após passar pelas fendas e se fortaleceram ou se extinguiram, mas só isso aconteceu não com expansão no espaço, mas na escala de tempo. As fendas agiam como as persianas de uma câmera, disparando a uma taxa tal que apenas uma fração da onda passava por elas a cada vez. Isso, por exemplo, permitirá medir as propriedades da luz em um período da onda.

Esta experiência abre caminho para uma nova espectroscopia. Isso é útil ao estudar fenômenos astrofísicos, por exemplo, buracos negros. Além disso, a interferência temporal da luz é uma nova oportunidade no campo da computação quântica e até mesmo no campo da fotônica convencional – em interfaces ou processadores ópticos. E também há cristais temporais ou temporários e muitas áreas inexploradas onde eles nem sabem como abordar novas descobertas.