La luce può comportarsi sia come un’onda che come una particella, un enigma che ha confuso gli scienziati per secoli prima che il fatto diventasse ovvio. Un team di ricerca ha ora utilizzato la meccanica classica per spiegare due proprietà particolari della luce: la polarizzazione e l’entanglement.
La luce può comportarsi sia come un’onda che come una particella, un enigma che ha confuso gli scienziati per secoli prima che il fatto diventasse ovvio. Questa dualità è una pietra angolare della meccanica quantistica e il comportamento peculiare del mondo quantistico ha lasciato in gran parte i teoremi della meccanica classica nel regno delle cose delle nostre dimensioni.
Un team di ricerca ha ora utilizzato la meccanica classica per spiegare due proprietà particolari della luce: la polarizzazione e l’entanglement. La prima è la capacità delle onde luminose di avere un’orientazione – un fatto che viene utilizzato negli occhiali da sole per filtrare parte della luce. La seconda è la capacità dei fotoni intrecciati di formare un sistema quantistico le cui parti rimangono connesse anche se separate da distanze enormi. Le modifiche ad una comporterebbero cambiamenti istantanei all’altra.
Queste non sembrano affatto proprietà della meccanica classica, ma il team ha considerato se potesse esserci un’analogia con il comportamento della polarizzazione nel teorema di Huygens-Steiner. Quel teorema di 350 anni riguarda come un corpo solido ruota rispetto ad un asse che non passa per il suo centro di massa, ed è utile sia nelle applicazioni tecniche che nello studio degli oggetti celesti.
“Questo è un teorema meccanico ben consolidato che spiega il funzionamento di sistemi fisici come orologi o arti protesici”, ha dichiarato l’autore principale Xiaofeng Qian, dell’Istituto di Tecnologia Stevens, in una dichiarazione. “Ma siamo stati in grado di dimostrare che può offrire nuove intuizioni su come funziona la luce”.
I ricercatori hanno utilizzato l’intensità della luce come analogia per la massa di un oggetto fisico, e il resto delle proprietà è stato mappato seguendo la struttura del teorema, anche se la luce non è un corpo classico.
“In sostanza, abbiamo trovato un modo per tradurre un sistema ottico in modo da poterlo visualizzare come un sistema meccanico, quindi descriverlo utilizzando equazioni fisiche ben consolidate”, ha spiegato Qian. “Questo era qualcosa che non era stato mostrato prima, ma che diventa molto chiaro una volta che si mappano le proprietà della luce su un sistema meccanico. Quello che era una volta astratto diventa concreto: utilizzando equazioni meccaniche, è possibile misurare letteralmente la distanza tra il ‘centro di massa’ e altri punti meccanici per mostrare come diverse proprietà della luce si relazionano tra loro”.
Attualmente non è chiaro il motivo per cui esistono queste relazioni e perché la mappatura funzioni così bene. Comprendere questa connessione potrebbe avere importanti implicazioni per la nostra comprensione delle proprietà quantistiche, nonché per come le utilizziamo nelle applicazioni.
Lo studio è stato pubblicato su Physical Review Research.
