La prima foto della luce come particella e onda

La natura duale della luce ha fatto ammattire generazioni di studenti di fisica nell’ultimo secolo. E non solo, dato che all’inizio del Novecento suscitava alcune difficoltà anche tra alcuni degli scienziati dell’epoca. Oggi i ricercatori dell’École polytechnique fédérale de Lausanne (EPFL) sono riusciti a catturare per la prima volta in un’unica foto entrambi gli stati della luce, riuscendo in un’impresa tutt’altro che semplice.

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La foto che potete vedere in questa pagina è una diretta osservazione dell’interferenza spaziale e della quantizzazione dell’energia della luce. Altri tentativi precedenti erano riusciti a catturare la natura ondulatoria o quella particellare, ma non contemporaneamente.

Tutta colpa di Albert Einstein
È stato Albert Einstein che, per primo, ha proposto la natura duale della luce e l’ha spiegata con la meccanica quantistica. I ricercatori del politecnico svizzero sono riusciti a immortalarla grazie a una tecnica fotografica poco ortodossa. Per catturare l’immagine hanno sfruttato un particolare microscopio elettronico a trasmissione ultraveloce (è solo uno dei due che esistono al mondo) che sfrutta elettroni con particolari energie (Energy filtered transmission electron microscopy).

Per prima cosa i ricercatori hanno sparato un fascio laser su un filo metallico sottilissimo, intrappolando la radiazione luminosa sotto forma di onda stazionaria, il cui profilo non cambia al passare del tempo.

Dopo il laser, il flusso di elettroni
A questo punto gli scienziati hanno sparato un flusso di elettroni a ridosso del filo “costringendoli” a interagire con l’onda luminosa, cioè con i fotoni che costituiscono la componente particellare della luce. Gli urti tra fotoni ed elettroni avvengono attraverso lo scambio di quanti di energia che modificano la velocità iniziale degli elettroni.
Lo scambio di questi “pacchetti di energia” tra elettroni e fotoni è il segnale che la luce si sta comportando anche come una particella. Così, “fotografando” questi scambi di energia, gli scienziati hanno identificato, di fatto, la posizione dei fotoni disseminati lungo l’onda luminosa. Immortalando in un colpo solo la natura corpuscolare e ondulatoria della luce.

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