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Scienza

Ecco la prima fotografia che svela la doppia natura della luce

È sia un’onda sia una particella: per la prima volta un’immagine mostra entrambi gli aspetti simultaneamente

Si può fotografare la luce? Prima di rispondere alla domanda bisogna porne un’altra più specifica: che cos’è la luce? Filosofi e scienziati se lo sono chiesto dagli albori della civiltà e le ipotesi avanzate nel corso della storia sono state spesso contraddittorie l’una con l’altra. Perché la sua vera essenza non è unica.


 

Già nel XVII secolo Isaac Newton e l’astronomo Christiaan Huygens dibattevano sulla sua natura: il primo sosteneva che fosse composta da particelle, il secondo da onde. Chi aveva ragione? Entrambi.

Dopo quasi più di duecento anni, grazie al progresso tecnologico che ha reso possibile esperimenti sempre più complessi, si è scoperto che la luce è proprio un’entità dalla doppia personalità: secondo la meccanica quantistica si comporta infatti simultaneamente sia come un’onda sia come un fascio di particelle.

In altre parole, in certi esperimenti si rileva come un’onda elettromagnetica, in altri come un flusso di particelle, i fotoni. Ma mai i due aspetti si osservano contemporaneamente, fenomeno noto in fisica come dualismo onda-particella.

Come poter dunque fotografare qualcosa che si manifesta in due modi così diversi? All'Ecole Polytechnique Fédérale di Losanna (EPFL) un team guidato dal ricercatore Fabrizio Carbone ci è riuscito usando uno speciale microscopio elettronico e il risultato, riportato sul numero del 2 marzo di Nature Communications, è l’immagine che vedete sopra: mostra entrambi gli aspetti, quello corpuscolare e quello ondulatorio, di un raggio di luce.

Spiegazione tecnica semplificata: gli scienziati hanno sparato un raggio laser su un nanotubo metallico (cioè dal diametro migliaia di volte più piccolo di un capello) innescando così onde di luce che si muovono avanti e indietro nei due versi, come le auto sulle due carreggiate dell’autostrada.

Quando onde che si muovono in direzioni opposte si scontrano allora si genera un’altra onda, che sta però ferma (stazionaria), cioè appare come fosse immobile se osservata al microscopio elettronico. Questo strumento utilizza infatti un fascio di elettroni per visualizzare gli oggetti.

Gli elettroni che passano vicino ai raggi di luce intrappolati nel nanotubo rallentano o aumentano la propria velocità perché interagiscono con questi ultimi. Mappando quindi la posizione degli elettroni i ricercatori sono riusciti a “vedere” l’onda di luce stazionaria.

Non solo: la variazione di velocità degli elettroni del microscopio è dovuta anche allo scambio di pacchetti di energia coi fotoni emessi dal nanotubo. Misurando questi “quanti energetici” è stato così possibile “osservare” simultaneamente anche le particelle della luce.

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