Se você remover um espelho enquanto um fóton está sendo refletido, de alguma forma ele produzirá infinitos fótons

Os fótons agem de maneiras estranhas que nos lembram que nada é o que parece nas menores escalas e nos níveis mais fundamentais da existência .

Com informações de Science Alert.

Os fótons são as menores partículas de energia eletromagnética possíveis e não têm massa, o que lhes permite viajar à velocidade da luz.

No entanto, essas façanhas podem ser suas propriedades menos fascinantes, pois elas também exibem dualidade onda-partícula, comportando-se tanto como ondas quanto como partículas, dependendo de como são medidas – como demonstrado no famoso experimento da dupla fenda de Thomas Young, no século XIX .

Investigando ainda mais essa dualidade ondulatória, físicos da Universidade de Oslo (UiO) exploraram uma questão nunca antes levantada: o que acontece quando se tenta cortar um fóton ao meio, como quem corta a ponta oxidada e desagradável de uma banana madura demais?

“Surpreendentemente, descobriremos que um fóton truncado é um estado complexo que envolve números de fótons que tendem ao infinito”, afirmam os pesquisadores .

“Em outras palavras, ao ‘cortar parte do fóton’ com um obturador, criamos efetivamente um conjunto de novos fótons.”

É claro que, como um fóton é uma partícula elementar, ele não pode ser realmente cortado ao meio, ao contrário de uma banana que escurece com o oxigênio.

Assim, os pesquisadores calcularam o que aconteceria se alguém removesse um obturador óptico – basicamente um espelho – enquanto ele estivesse refletindo um fóton.

Em vez de criar dois fótons viajando em direções opostas, remover o espelho pode produzir muitos fótons, ou uma peculiaridade quântica conhecida como superposição, na qual os fótons existem em múltiplos estados simultaneamente.

Quando medida, essa quantidade pode teoricamente resultar em qualquer número de fótons: zero, alguns, muitos ou até uma quantidade infinita.

Mas será que seria realmente possível gerar um número infinito de fótons, seja em teoria ou na prática?

“Existe um mal-entendido comum sobre este trabalho. Ao truncar o fóton removendo o espelho, o número esperado de fótons produzidos não é infinito”, disse Johannes Skaar, físico teórico da UiO e um dos coautores do estudo, ao ScienceAlert.

“Se o espelho for removido lentamente, o número será pequeno; se for removido rapidamente, o número será grande.”

“Mas o número esperado nunca é infinito – isso exigiria uma remoção de espelhos infinitamente rápida, o que não é possível.”

De fato, a probabilidade de medir um grande número de fótons diminui se o espelho for removido lentamente.

“Outro mal-entendido é que o truncamento de fótons é difícil de realizar na prática. Isso não é verdade.” – físico teórico Johannes Skaar

Além disso, embora o vácuo pareça vazio na física clássica, “é sabido que o estado de vácuo transformado contém fótons”, afirmam os pesquisadores , e o ato de remover o espelho “converte a energia do vácuo em energia real de fótons”.

E embora ‘cortar’ um fóton não seja tão simples quanto fatiar um pão de fermentação natural deliciosamente ácido e aerado, não é tão difícil assim, disse Skaar, porque os fótons existem em vários comprimentos de onda.

“Outro mal-entendido é que o truncamento de fótons é difícil de realizar na prática. Isso não é verdade”, disse Skaar ao ScienceAlert.

“De fato, fótons de banda estreita podem ser muito longos, com vários metros, até mesmo quilômetros. Para um fóton desse tipo, o [espelho] não precisa ser irrealisticamente rápido.”

Finalmente, este experimento revela um efeito surpreendente dependendo de onde é observado, observa Skaar: “este estado de mistura complexo é localmente equivalente a um único fóton e ao vácuo (zero fótons) à esquerda e à direita de uma estreita região de transição.”

Assim, embora possa parecer haver uma efusão brilhante de muitos fótons em uma pequena região separada pelo espelho, olhar para a esquerda apresentaria um único fóton, enquanto olhar para a direita apresentaria zero fótons, ou espaço ‘vazio’ .

Talvez seja um eufemismo os autores admitirem que “este estado é bastante complicado”.

Esta pesquisa foi publicada na revista Physical Review Letters.

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