Fotonii de pe traseul giratoriu ar putea fi prinși în acțiune

Lumina preferă uneori să urmeze traseul pitoresc. Acum, o nouă întorsătură a unui experiment clasic ar putea urmări căile de rătăcire ale fotonilor. În 19 septembrie Scrisori de revizuire fizicăcercetătorii propun o versiune a experimentului cu dublă fante care încurajează lumina să urmeze căi de țesut înainte de a lovi un ecran.

Nu este surprinzător faptul că experimentul cu dublă fantă este atât de popular în sălile de fizică. Experimentul încapsulează minunea mecanicii cuantice. De asemenea, este simplu de executat, necesitând doar o sursă de lumină, un ecran și o placă cu două fante subțiri paralele. Iluminați fantele și un model de benzi luminoase și întunecate apare pe ecran. Modelul în dungi sugerează că lumina se deplasează în valuri care interferează unele cu altele în spatele fantelor.

Partea ciudată vine atunci când experimentatorul reduce intensitatea luminii atât de scăzută încât lumina lovește ecranul ca particule individuale sau fotoni. Particulele se pare că nu s-ar influența reciproc pe măsură ce treceau prin fante una câte una. Cu toate acestea, același model de lumină-întuneric se acumulează treptat pe ecran. „A fost numit cel mai frumos experiment din fizică”, spune Urbasi Sinha, fizician la Institutul de Cercetare Raman din Bangalore, India.

Cu toate acestea, experimentul cu dublă fantă are unele concepții greșite atașate, spune Sinha. Fizicienii presupun în general că înțelegerea modelului în dungi depinde doar de contribuția luminii care călătorește pe una dintre cele două căi: prin fanta A sau prin fanta B. Dar mecanica cuantică nu limitează particulele la acele rute, spune ea. Fotonii ar putea parcurge un drum mai puțin parcurs, în special într-un aparat cu trei fante – o variație comună a experimentului clasic. Poate că lumina ar putea trece printr-o fantă, să înfășoare a doua fantă și apoi să intre înapoi prin a treia înainte de a lovi în sfârșit ecranul (vezi ilustrația).

Sinha și colegii ei și-au propus să cuantifice ponderea particulelor care urmează o cale serpuitoare. Ei au descoperit că, într-un experiment cu trei fante care folosește lumină vizibilă, fotonii care iau trasee giratorii reprezintă aproximativ o milioneme din intensitatea modelului de interferență de pe ecran – o contribuție care este prea mică pentru a fi măsurată direct. Dar cercetătorii ar putea ridica această fracție în mod semnificativ, modificând designul experimental. Un experiment folosind fotoni cu microunde, care au o lungime de undă mai mare decât lumina vizibilă, împreună cu fante relativ largi, extinse, ar face fotonii în buclă detectabili, la aproximativ o miime din intensitatea totală, arată calculele lor.

„Este un calcul grozav”, spune Howard Barnum, fizician la Universitatea din New Mexico din Albuquerque. „Și ar fi grozav doar să observăm contribuția [from these paths] experimental.” Sinha este pe caz, după ce a efectuat deja câteva runde timpurii ale experimentului cu trei fante la microunde. Alți fizicieni folosesc experimentul cu trei fante pentru a căuta noi fenomene cuantice, spune Barnum, iar acest studiu îi va ajuta să anuleze influența subtilă a țesutului luminii.