Os fótons são estranhos.
Nós sabemos disso. Eles são pacotes sem massa de energia eletromagnética. Eles viajam na velocidade da luz. Eles ignoram as regras que mantêm as maçãs nas árvores.
Mas existe um truque quântico específico que quebra o cérebro ainda mais do que a dualidade onda-partícula. Envolve espelhos. E bananas. Ou pelo menos a ideia de fatiar um fóton como se fosse uma fruta madura demais.
Físicos da Universidade de Oslo fizeram uma pergunta que nunca havia sido feita antes. Como truncar um fóton?
Se você cortar uma banana ao meio, obterá duas metades. Se você cortar um fóton ao meio, não obterá dois fótons.
Você fica uma bagunça.
“Surpreendentemente, descobriremos que um fóton encurtado é um estado complicado que envolve contagens de fótons até o infinito.”
Os pesquisadores simularam a remoção de um obturador óptico – essencialmente um espelho – enquanto um fóton refletia nele.
Eles queriam ver o que acontece quando você interrompe a reflexão no meio do ato.
O equívoco do fóton infinito
A matemática diz que o resultado é uma superposição.
Neste estado, o fóton existe em vários estados ao mesmo tempo. Ao medi-lo, você poderá encontrar zero fótons. Você pode encontrar alguns. Ou, no limite teórico extremo, uma quantidade infinita.
Infinito. Fótons.
Parece impossível. Isso é. Mas apenas por causa de um mal-entendido comum.
Johannes Skaar, físico teórico da Universidade de Oslo e coautor do estudo, esclareceu a confusão. Ele conversou com o ScienceAlert sobre os limites do experimento.
O número esperado de fótons não é infinito.
Depende da velocidade.
Se você remover o espelho lentamente, obterá um pequeno número de fótons. Se você removê-lo rapidamente, obterá um número grande. Para obter fótons verdadeiramente infinitos, você precisaria remover o espelho no tempo zero.
Isso requer velocidade infinita.
A física não permite isso.
Por que a energia do vácuo cria partículas reais
Então, você pode fazer isso na prática?
Sim.
Outro mito é que truncar um fóton é muito difícil de executar. Skaar diz que isso é falso.
Os fótons variam em comprimento. Um fóton de banda estreita pode se estender por metros. Ou quilômetros.
Para um fóton tão longo, você não precisa de um obturador excessivamente rápido. Você só precisa bloquear parte do pacote de ondas.
O mecanismo é fascinante. Na física clássica, o vácuo está vazio. Na mecânica quântica, não é.
O estado de vácuo contém energia potencial.
Quando o espelho é removido, o processo converte a energia do vácuo em energia real de fótons. O truncamento não apenas corta a luz. Ele cria uma nova luz a partir do vazio.
O que você realmente vê
Aqui está a parte mais estranha.
O estado criado por esse truncamento é localmente equivalente a estados mais simples, dependendo de onde você olha.
Imagine a região entre o espelho e o caminho do fóton.
À esquerda desta estreita zona de transição, um observador vê um único fóton. Normal. Previsível.
À direita, um observador vê o vácuo. Zero fótons. Espaço vazio.
Mas naquela tênue região de transição?
É uma efusão brilhante de probabilidade. Um estado de mistura que desafia a contagem simples.
Skaar admitiu que é complicado.
Isso nos lembra que nas menores escalas a realidade não é sólida. É fluido. É probabilístico.
Achamos que entendemos a luz.
Nós não.
E se você tentar cortá-lo, o universo poderá lhe entregar o infinito. Ou nada.
Dependendo da rapidez com que o seu espelho se move.
