Um experimento mental centenário proposto por Albert Einstein para desafiar as ideias de Niels Bohr sobre mecânica quântica foi realizado em um teste no mundo real. Pesquisadores liderados por Chao-Yang Lu na University of Science and Technology of China usaram ferramentas modernas para confirmar o princípio de complementaridade de Bohr. Os achados mostram que a luz exibe tanto propriedades de onda quanto de partícula, mas não simultaneamente de forma clara.
A rivalidade entre Albert Einstein e Niels Bohr sobre mecânica quântica remonta a 1927, centrada no experimento da dupla fenda demonstrado pela primeira vez por Thomas Young em 1801. Young provou que a luz se comporta como onda mostrando um padrão de interferência de listras claras e escuras em uma tela após passar por duas fendas. Einstein argumentou que a luz é uma partícula, enquanto Bohr introduziu a complementaridade, sugerindo que objetos quânticos podem atuar como ondas ou partículas, mas não ambas ao mesmo tempo.
Einstein propôs modificar o experimento com uma fenda com recuo para rastrear o caminho de um fóton, o que ele acreditava revelaria ambos os comportamentos simultaneamente, contradizendo Bohr. Quase um século depois, Lu e sua equipe na University of Science and Technology of China tornaram isso realidade. Eles dispararam um único fóton em um átomo ultra-frio, atuando como a fenda, resfriado por lasers e forças eletromagnéticas para controle preciso.
O átomo recuou na interação, colocando o fóton em um estado que imitava a passagem por dois caminhos e produzindo um padrão de interferência. Ao ajustar a incerteza de momento do átomo, como previsto pelo princípio da incerteza de Heisenberg, a equipe pôde apagar o padrão ao medir a informação de qual caminho com precisão. Em regimes intermediários, uma interferência borrada apareceu ao lado de dados parciais de recuo, mostrando ambas as propriedades parcialmente. "Ver a mecânica quântica 'em ação' nesse nível fundamental é simplesmente de tirar o fôlego", disse Lu.
O contra-argumento de Bohr se manteve: conhecimento preciso da posição embaça o momento, destruindo o padrão. Um experimento relacionado este ano por Wolfgang Ketterle no Massachusetts Institute of Technology usou dois átomos ultra-frios e lasers, confirmando resultados semelhantes mesmo sem mecanismos de recuo. "Na física atômica, com átomos frios e lasers, temos oportunidades reais de exibir a mecânica quântica com clareza que não era possível antes", observou Ketterle.
Philipp Treutlein na University of Basel elogiou o trabalho por corresponder às previsões históricas e seu impacto educacional. Lu espera que inspire admiração pela beleza da mecânica quântica. Os resultados aparecem em Physical Review Letters (DOI: 10.1103/93zb-lws3).