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Fotografia quântica

Tenho um pouco de dificuldade no assunto da Mecânica Quântica, não houve possibilidade de aprofundar o assunto na época da faculdade. Hoje li esta reportagem e tive dificuldades em compreender a pesquisa de uma pós-doutoranda, se puderem me explicar mais diretamente como funciona o projeto dela, ficaria agradecida!!! Abraço!!!

https://nupesc.wordpress.com/2014/09/19/cientista-mineira-revoluciona-fisica-com-fotografia-quantica/

Respondido por: Prof. Dimiter Hadjimichef - IF-UFRGS

A reportagem descreve o experimento da pesquisadora G. B. Lemos da Universidade de Viena, onde ela realizou o que foi chamado de “fotografia quântica”. Numa fotografia usual a formação da imagem é o produto final do  que a lente da   câmera capta como   reflexo da luz por algum objeto. Desta forma se não há luz iluminando o objeto (e este refletindo esta luz na direção da máquina fotográfica), não há como formar uma imagem.

O experimento  da pesquisadora   consistiu numa montagem engenhosa para obter uma imagem  de um objeto sem iluminá-lo  diretamente.

Isto foi possível, usando um fenômeno quântico muito estudado na atualidade, com implicações nas áreas de Teoria Quântica da Informação,

Computação Quântica, Criptografia Quântica, etc conhecido como “emaranhamento quântico”.

O emaranhamento quântico é um fenômeno físico que ocorre quando pares (ou grupos) de partículas são gerados ou permitidos a interagir de tal maneira que o estado quântico, de cada partícula individual, não pode ser descrito de forma independente.

Surge uma “correlação quântica” entre as partículas em questão e que permanece mesmo quando as partículas são separadas.

Desta forma, quando se realiza uma medida  de alguma propriedade física, numa das partículas  após a separação, a outra partícula do par emaranhado “sente” o efeito desta medida.

Este estranho comportamento do mundo quântico foi tema de um artigo de 1935 por Albert Einstein, Boris Podolsky e Nathan Rosen que descreve o que veio a ser conhecido como o “paradoxo EPR”. Einstein tinha como objetivo mostrar que a Mecânica Quântica era uma teoria incompleta uma vez que violava a visão uma “realidade física  local”  que toda teoria física deveria possuir.  Einstein se referiu a esta propriedade  como “ação fantasmagórica à distância” o que era, para ele, uma prova de que a Mecânica Quântica era incompleta.

Anos mais tarde estas previsões contra-intuitivas da Teoria  Quântica foram verificadas experimentalmente em experimentos envolvendo a medição da polarização de partículas emaranhadas em diferentes direções.

O esquema do experimento da pesquisadora G. B. Lemos, pode ser visto na figura.

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A luz do laser (verde) se divide nos modos “a” e “b” no divisor de feixes (BS1). O feixe “a”  atinge um cristal não-linear  NL1, onde é produzido um par de fótons de diferentes comprimentos  de onda, chamados de “fóton sinal” (amarelo) e “fóton intermediário” (vermelho). Depois de passar pelo objeto “O”, o fóton intermediário  reflete no espelho D2  para se alinhar com o fóton intermediário  produzido em NL2, de tal forma que o último fóton intermediário   emergente  não contém qualquer informação sobre o qual cristal que produziu o par de fótons. Portanto, os fótons sinais “c” e “e”   combinados em  BS2 sofrem interferência. Consequentemente, os feixes  de fótons sinais “g” e “h” revelam as propriedades de transmissão do fóton intermediário  sobre o  objeto “O”.

Assim os fótons usados para iluminar o objeto, na prática, nunca precisam ser detectados, sendo que esta técnica permite que o comprimento de onda do fóton,  agindo como  sonda, se situe numa faixa em que   detectores adequados possam até não existir.

 

O Fronteiras da Ciência da Rádio da Universidade – UFRGS entrevistou a pesquisadora. O áudio da entrevista está disponível em http://dstats.net/download/http://www6.ufrgs.br/frontdaciencia/arquivos/Fronteiras_da_Ciencia-T05E33-Fotografia.Quantica-20.10.2014.mp3

 

Acessos entre 27 de maio de 2013 e novembro de 2017: 1322.


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