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Onde e fotoni, la prima istantanea della doppia natura della luce

La luce è un'onda elettromagnetica secondo la teoria classica elaborata da James Clerck Maxwell alla fine dell'Ottocento. Ma si comporta anche come un flusso di corpuscoli, i quanti di luce o fotoni, come ipotizzato per la prima volta da Albert Einstein nel 1905, per spiegare l'effetto fotoelettrico.

Un nuovo studio condotto presso il Politecnico di Losanna da Fabrizio Carbone e colleghi e pubblicato sulla rivista “Nature Communications� dimostra per la prima volta che le due nature della luce, quella corpuscolare e quella ondulatoria, possono essere rilevate contemporaneamente nello stesso sistema fisico. Finora infatti si riteneva che la luce si comportasse come un'onda o come una particella a seconda del tipo di esperimento che si stesse conducendo.

Onde e fotoni, la prima istantanea della doppia natura della luceUna delle immagini al microscopio elettronico della luce confinata sul nanocavo mostra sia il fenomeno dell'interferenza, tipico delle onde, sia la quantizzazione dell'energia, che documenta la natura corpuscolare della luce stessa.

Onde e fotoni, la prima istantanea della doppia natura della luce
Una delle immagini al microscopio elettronico della luce confinata sul nanocavo mostra sia il fenomeno dell'interferenza, tipico delle onde, sia la quantizzazione dell'energia, che documenta la natura corpuscolare della luce stessa. (Credit: 2015 Fabrizio Carbone/EPFL)
Nel caso di Carbone e colleghi, il sistema fisico è costituito da un cavo metallico di dimensioni nanoscopiche, che viene colpito da un impulso laser. Per effetto dell'energia comunicata dal laser alle particelle cariche che lo compongono, il nanocavo si mette a vibrare. Inoltre, la luce si propaga lungo il cavo, ma solo in due possibili direzioni tra loro opposte.

Quando le onde che viaggiano in due direzioni opposte si sommano, si verifica una particolare interferenza che produce un'onda stazionaria. Questa onda non si propaga più nello spazio ma in ciascun punto oscilla solo rispetto al tempo (lo stesso fenomeno, per analogia, si può produrre con una corda fissata ai due estremi percorsa da due onde della stessa frequenza tra loro contrarie). Nel caso di Carbone e colleghi, in particolare, l'onda stazionaria così ottenuta era diventata una sorgente di luce per l'esperimento, irradiando attorno al nanocavo.

I ricercatori hanno poi indirizzato un fascio di elettroni in un punto in prossimità del nanocavo: in questo modo gli elettroni interagivano con la luce stazionaria in esso confinata, rallentando o accelerando. Osservato poi con un microscopio elettronico ultraveloce il punto in cui si producevano queste variazioni di velocità degli elettroni, Carbone e colleghi sono riusciti a visualizzare l'onda stazionaria come una sorta di impronta, documentando così la natura ondulatoria della luce.

I cambiamenti di velocità degli elettroni, d'altra parte, erano quantizzati: avvenivano cioè non in modo continuo, ma per salti discreti. Questo è chiaramente l'effetto dello scambio di “pacchettiâ€� di energia tra i quanti di luce, i fotoni, e gli elettroni, e documenta che la luce stazionaria ha una natura corpuscolare.

“Questo esperimento dimostra per la prima volta che siamo in grado di filmare direttamente la meccanica quantistica e la sua natura paradossale�, ha spiegato Carbone. “Si tratta di un progresso nel controllo dei fenomeni quantistici alle scale nanoscopiche che potrebbe risultare molto utile, per esempio, nel calcolo quantistico�.

Per tutti quelli che pensavo che la luce possedesse solo le cosidette "lunghezze d'onda", beh non è proprio così, e qusta foto lo dimostra:

C'è anche un interessante video http://www.lescienze.it/news/2015/03/02/vi...ento-2505691/1/

Via - Le Scienze: http://www.lescienze.it/news/2015/03/02/ne...colare-2504610/
(Nuovi sensori con filtro anti-corpi in arrivo )

Premessa: sono un Fisico.

Che la luce abbia una (anche) natura corpuscolare non lo dimostra certo questa foto....
e comunque la luce (spettro visibile) ha caratteristiche prettamente ondulatorie. Bisogna andar su con l'energia perché i ruoli si invertano e inizino a prevalere le caratteristiche corpuscolari.

a me piacerebbe capire perchè il fotone è l'unico elemento a non avere massa e come fanno gli scienziati ad affermarlo!

a me piacerebbe capire perchè il fotone è l'unico elemento a non avere massa e come fanno gli scienziati ad affermarlo!

Quindi, alla fine della storia, avendo anche una parte corpuscolare, la possibilità che un giorno riusciamo a teletrasportarci su un raggio di luce è sempre più plausibile... giusto? (non è una battuta, è una domanda seria)

Intanto i fotoni non sono "elementi", ma particelle.
Poi, non sono nemmeno le uniche particelle (fin'ora scoperte o teorizzate) ad essere senza massa, lo sono anche il gluone e il bosone di gauge.... e anche alcune varianti di neutrino, ma solo alcune.
What?!?

Quindi, alla fine della storia, avendo anche una parte corpuscolare, la possibilità che un giorno riusciamo a teletrasportarci su un raggio di luce è sempre più plausibile... giusto? (non è una battuta, è una domanda seria)

mamma mia!
Vi leggo in religioso silenzio, dal basso della mia ignoranza

Beh, più che è stato "teletrasportato", mi pare che si fosse registrato un salto di un elettrone che è come un teletrasporto.. non mi sembra che sia stato fatto intenzionalmente dall'uomo ma che sia solo stato fotografato durante un esperimento all'acceleratore del CERN.. giusto ?

In merito al "teletrasporto"... la memoria mi confonde le idee tra la realtà dei fatti e degli esperimenti effettuati e la fantascienza "hard" delle decine di romanzi che leggo.

Se non ricordo male, la teoria del teletrasporto dice che grazie alla teoria della superismmetria, ad ogni particella corrisponde un'antiparticella "sorella".
Queste due particelle sono legate tra di loro e condividono lo stesso valore di spin (solo che uno ha segno opposto all'altro).
Sempre la supersimmetria dice che le particelle nascono come coppia, spontaneamente, dal vuoto... ma solitamente si annichiliscono a vicenda istantaneamente... ma, in teoria, se si potesse catturare questa coppia e separare le due particelle... poi sarebbe possibile "trasportare" una particella dove si vuole (anche dall'altra parte dell'universo), tenendo ferma la prima particella.
A questo punto, variando lo spin della particella "statica" si avrebbe la stessa variazione ISTANTANEA nello spin della particella che si è spostata... anche se questa si trova a miliardi di anni luce di distanza... di fatto trasmettendo informazioni più velocemente della luce (in sostanza, variando lo spin in modo continuo ad un "capo" della coppia e leggendo le variazioni di spin all'altro "capo", si potrebbe trasmettere un flusso continuo di informazioni in codice binario, cioè bit).

Credo però di aver appena citato un pezzo di "Diaspora", di Greg Egan...

Non conosco i dettagli. Per lavoro faccio altro e ho abbandonato la fisica subito dopo la laurea.
Mi pare che "semplicemente" si era dato ad un certo elettrone lo stato quantistico di un altro lontano pochi metri.
Il punto qui è che c'era un elettrone donante e uno ricevente, mentre il teletrasporto dei film prende un corpo e lo porta da un'altra parte.
Il corrispondente di quello che si è sperimentato comporterebbe il prelevare le informazioni del tuo corpo e "trapiantarle" in un altro corpo nel luogo dove vuoi andare. Ma il ricevente deve essere già li.

"Surface plasmon polaritons can confine electromagnetic fields in subwavelength spaces and are of interest for photonics, optical data storage devices and biosensing applications. In analogy to photons, they exhibit wave–particle duality, whose different aspects have recently been observed in separate tailored experiments. Here we demonstrate the ability of ultrafast transmission electron microscopy to simultaneously image both the spatial interference and the quantization of such confined plasmonic fields. Our experiments are accomplished by spatiotemporally overlapping electron and light pulses on a single nanowire suspended on a graphene film. The resulting energy exchange between single electrons and the quanta of the photoinduced near-field is imaged synchronously with its spatial interference pattern. This methodology enables the control and visualization of plasmonic fields at the nanoscale, providing a promising tool for understanding the fundamental properties of confined electromagnetic fields and the development of advanced photonic circuits."

Nooooo mi hai distrutto un mito!

Si io non mi rirerisco all'entanglement ma proprio al teletrasporto... O meglio, ad un trasporto alla velocità della luce. Avevo letto una ricerca un po' di tempo fa , in cui si spiegava che se si potesse scomporre il corpo umano in atomi, rimarrebbe il problema di gestire una tale mole di dati (con i computer odierni servirebbe un calcolatore grande come un grattacielo per gestire i dati). Inoltre resterebbe il limite di sospendere la vita e poi farla ripartire... Molte cose sembrano impossibili finché non vengono scoperte...

ma con il 60 micro + moltiplicatore ce la posso fare a fotografare la natura corpuscolare della luce o mi serve qualcosa di meglio...

Se passo a Canon...

E' il mio stesso sogno fisso da sempre... E anch'io continuo a credere che prima o poi diventerà fattibile.

Qualcuno potrebbe dirti che l'anima non può smontare e rimontare...

Se ti piace l'argomento vi consiglio di guardare il film La mosca.

Qualcuno mi spieghi cos'è l'anima... poi guardo il film.

Sono l'ultima persona che possa parlare di anima...
Ma il film non ha niente a che fare con le anime ma con il teletrasporto.

Sono l'ultima persona che possa parlare di anima...
Ma il film non ha niente a che fare con le anime ma con il teletrasporto.

Ho un dubbio: in una società tecnologicamente così evoluta da consentire il teletrasporto delle persone, perché dovrebbe essere necessario trasportarle?

Per quanto riguarda l'anima, invece, l'esperienza millenaria dello sciamanesimo insegna: il fungo giusto, e l'anima viene trasportata ovunque.