Uma equipe de pesquisa internacional liderada por físicos da Universidade de Colônia implementou uma nova variante do experimento básico de dupla fenda usando espalhamento de raios-X inelástico ressonante no Síncrotron ESRF europeu em Grenoble. Esta nova variante oferece uma compreensão mais profunda da estrutura eletrônica dos sólidos. Escrevendo em Avanços da Ciência , o grupo de pesquisa agora apresentou seus resultados em um estudo intitulado "Encarnação de raios-X inelástica ressonante do experimento de dupla fenda de Young."

O experimento da dupla fenda é de fundamental importância na física. Mais de 200 anos atrás, Thomas Young difratou a luz em duas fendas adjacentes, gerando assim padrões de interferência (imagens baseadas em sobreposição) por trás dessa fenda dupla. Assim, ele demonstrou a natureza ondulatória da luz. No século 20, cientistas mostraram que elétrons ou moléculas espalhadas em uma fenda dupla mostram o mesmo padrão de interferência, que contradiz a expectativa clássica do comportamento das partículas, mas pode ser explicado no dualismo onda-partícula da mecânica quântica. Em contraste, os pesquisadores em Colônia investigaram um cristal de óxido de irídio (Ba ₃ CeIr ₂ O ₉ ) por meio de espalhamento inelástico de raios-X ressonante (RIXS).

O cristal é irradiado com fortemente colimado, fótons de raios-X de alta energia. Os raios X são espalhados pelos átomos de irídio no cristal, que assumem o papel das fendas no experimento clássico de Young. Devido ao rápido desenvolvimento técnico do RIXS e uma escolha habilidosa da estrutura do cristal, os físicos observaram o espalhamento em dois átomos de irídio adjacentes, um chamado dímero.

"O padrão de interferência nos diz muito sobre o objeto de dispersão, a dupla fenda do dímero, "diz o professor Markus Grueninger, que chefia o grupo de pesquisa da Universidade de Colônia. Em contraste com o experimento clássico de dupla fenda, os fótons de raios-X dispersos inelasticamente fornecem informações sobre os estados excitados do dímero, em particular sua simetria, e, portanto, sobre as propriedades físicas dinâmicas do sólido.

Esses experimentos RIXS requerem um síncrotron moderno como uma fonte de luz de raios X extremamente brilhante e uma configuração experimental sofisticada. Para excitar especificamente apenas os átomos de irídio, os cientistas têm que selecionar a proporção muito pequena de fótons com a energia certa do amplo espectro do síncrotron, e os fótons espalhados são selecionados ainda mais estritamente de acordo com a energia e a direção de espalhamento. Restam apenas alguns fótons. Com a precisão necessária, esses experimentos RIXS são atualmente possíveis apenas em dois síncrotrons em todo o mundo, incluindo o ESRF (European Synchrotron Radiation Facility) em Grenoble, onde a equipe de Colônia conduziu seu experimento.

"Com nosso experimento RIXS, fomos capazes de provar uma previsão teórica fundamental de 1994. Isso abre uma nova porta para toda uma série de outros experimentos que nos permitirão obter uma compreensão mais profunda das propriedades e funcionalidades dos sólidos, "diz Grueninger.