No experimento de dupla fenda, uma partícula viaja em dois caminhos diferentes ao mesmo tempo. Algo semelhante pode ser observado quando um átomo de hélio é ionizado com um feixe de laser. A ionização do hélio pode acontecer por meio de dois processos diferentes, e isso leva a efeitos de interferência característicos. Uma equipe de cientistas agora conseguiu observar o acúmulo desses efeitos - embora esse efeito ocorra em uma escala de tempo de femtossegundos.

É definitivamente o experimento mais famoso da física quântica:no experimento de dupla fenda, uma partícula é disparada em uma placa com duas fendas paralelas, portanto, há dois caminhos diferentes pelos quais a partícula pode alcançar o detector do outro lado. Devido às suas propriedades quânticas, a partícula não tem que escolher entre essas duas possibilidades, pode passar por ambas as fendas ao mesmo tempo. Algo bastante semelhante pode ser observado quando um átomo de hélio é ionizado com um feixe de laser.

Assim como os dois caminhos através da placa, a ionização do hélio pode acontecer por meio de dois processos diferentes ao mesmo tempo, e isso leva a efeitos de interferência característicos. No caso do átomo de hélio, eles são chamados de "ressonâncias Fano". Uma equipe de cientistas da TU Wien (Viena, Áustria), o Instituto Max-Planck de Física Nuclear em Heidelberg (Alemanha) e a Universidade Estadual do Kansas (EUA) agora conseguiram observar o acúmulo dessas ressonâncias Fano - embora esse efeito ocorra em uma escala de tempo de femtossegundos.

O experimento foi realizado em Heidelberg, a proposta original para tal experimento e simulações de computador foram desenvolvidas pela equipe de Viena, cálculos teóricos adicionais vieram da Kansas State University.

Caminho direto e indireto

Quando um pulso de laser transfere energia suficiente para um dos elétrons do átomo de hélio, o elétron é arrancado do átomo imediatamente.

Há, Contudo, outra maneira de ionizar o átomo de hélio, que é um pouco mais complexo, como o Professor Joachim Burgdörfer (TU Wien) explica:"Se no início o laser eleva ambos os elétrons a um estado de energia superior, um dos elétrons pode retornar ao estado de menor energia. Parte da energia deste elétron é transferida para o segundo elétron, que pode então deixar o átomo de hélio. "

O resultado desses dois processos é exatamente o mesmo - ambos transformam o átomo de hélio neutro em um íon com um elétron remanescente. Desta perspectiva, eles são fundamentalmente indistinguíveis.

Ressonâncias Fano

"De acordo com as leis da física quântica, cada átomo pode sofrer os dois processos ao mesmo tempo ", diz Renate Pazourek (TU Wien). "E essa combinação de caminhos nos deixa traços característicos que podem ser detectados." Analisando a luz absorvida pelos átomos de hélio, as chamadas ressonâncias de Fano são encontradas - um sinal inequívoco de que o estado final foi alcançado por dois caminhos diferentes.

Isso também pode ser evitado. Durante o processo de ionização, o caminho indireto pode ser efetivamente desligado com um segundo feixe de laser de forma que apenas o outro caminho permaneça aberto e a ressonância Fano desapareça.

Isso abre uma nova possibilidade de estudar a evolução temporal desse processo. Inicialmente, o átomo pode seguir ambos os caminhos simultaneamente. Depois de algum tempo, o caminho indireto está bloqueado. Dependendo de quanto tempo o sistema teve permissão para acessar os dois caminhos, a ressonância Fano torna-se mais ou menos distinta.

"As ressonâncias de Fano foram observadas em uma ampla variedade de sistemas físicos, eles desempenham um papel importante na física atômica ", disse Stefan Donsa (TU Wien). "Pela primeira vez, agora é possível controlar essas ressonâncias e mostrar com precisão, como eles se acumulam em femtossegundos. "" Esses efeitos quânticos são tão rápidos que em nossas escalas de tempo usuais eles parecem acontecer instantaneamente, de um momento para o outro ", diz Stefan Nagele. "Somente com o emprego de novos métodos sofisticados da física de attossegundo é possível estudar a evolução temporal desses processos."

Isso não ajuda apenas os cientistas quânticos a entender a teoria fundamental de importantes efeitos quânticos, também abre novas possibilidades de controle de tais processos - por exemplo, facilitando ou inibindo reações químicas.

O estudo é publicado hoje na Ciência .

Na mesma edição de Ciência revista, uma equipe de cientistas da França e da Espanha publicou outro artigo, em que um método complementar de espectroscopia de fotoelétrons resolvida no tempo é usado para obter uma visão da ressonância de Fano.