Documentals no visibles degut al tancament de Megaupload

diumenge, 9 de setembre de 2012

Fotons bessons

El pas que fa un àtom d’un estat d’excitació alt a un de baix o viceversa rep el nom de salt quàntic. Per no contradir el principi de conservació de l’energia, quan un àtom passa d’un estat excitat a un de menys emet energia en forma de paquets, coneguts com fotons (gràcies a Einstein sabem que la llum és un flux de fotons). En canvi, quan un àtom augmenta el seu grau d’excitació absorbeix fotons, els quals aportaran una certa quantitat d’energia, que serà inversament proporcional a la seva longitud d’ona: tal i com sabem gràcies a la teoria quàntica, un fotó amb una longitud d’ona curta té més energia que no pas un amb una longitud més llarga. Aquest fet queda manifestat amb la potència de penetració que tenen els raigs X respecte la llum visible, que és major perquè la longitud d’ona d’aquests primers és més petita.

En aquesta entrada ens fixarem amb els fotons que són emesos quan un àtom allibera energia, i veurem com la mecànica quàntica els interpreta dins del marc teòric de la Interpretació de Copenhage.

Amb la mateixa polarització

Alguns estats excitats d’un àtom són tan alts que aquest torna al seu estat fonamental mitjançant dos salts quàntics successius. Cadascun d’aquests salts ha alliberat un fotó, l’energia del qual dependrà de si el salt quàntic s’ha produït entre dos nivells pròxims o allunyats, i, com que s’han produït quasi simultàniament, el resultat obtingut són dos fotons que han “nascut” del mateix àtom. Els científics van qualificar aquests fotons amb l’adjectiu de bessons, ja que presenten certa analogia amb els bessons idèntics que neixen d’una mateixa mare: ambdós són pràcticament simultanis, i ambdós presenten trets quasi idèntics, tot i que en el cas dels fotons veurem que aquestes característiques seran del tot idèntiques.

Polarització electromagnètica

La polarització electromagnètica (que escurçarem i anomenarem com polarització) és una característica de les ones electromagnètiques, és a dir, aquelles que poden propagar-se pel buit i que són una pertorbació del camp electromagnètic, com la llum o les ones de ràdio. Aquesta característica remet a la direcció d’oscil·lació d’una ona respecte el pla de propagació en camp elèctric. Ens podem trobar llum polaritzada verticalment o horitzontal, i amb fotons polaritzats perpendiculars o paral·lels a un eix, per exemple, d’un detector. Però també ens podem trobar amb fotons que no estan polaritzats ni perpendicularment ni paral·lelament, sinó amb un determinat angle. Un exemple fàcil és l’angle de 45º, que la resultant de la component “paral·lela” i “perpendicular”.

En aquest esquema, l’eix y seria la component perpendicular sempre i quan x fos la paral•lela. La resultant té un angle alfa, de 45º. 

Amb això hem vist que existeixen diferents tipus de polaritzacions a part de la perpendicular i la paral•lela. Un ona electromagnètica pot tenir una polarització de x graus, que en funció de si és major o menor de 45º, estarà més a prop de ser perpendicular o de ser paral•lela al pla de propagació. 

Llum no polaritzada: 

La majoria de la llum, com la que procedeix del Sol o de les bombetes, és llum no polaritzada, és a dir, ones que vibren en tots els angles. Aquesta és una característica fonamental de la llum natural capaç d’il•luminar una habitació sencera que compti amb uns mínims punts de llum. Això ens pot recordar a una propietat que vam veure en una entrada anterior; que la llum es transmet en totes les direccions: si tanques una bombeta encesa dins d’una capsa amb forats, la llum s’escaparà per tots els forats, el que significa que no segueix una direcció determinada sinó totes les possibles. 

Ara que sabem què és la polarització, i que no tots els fotons presenten la mateixa polarització, podem continuar parlant sobre els fotons bessons. 

Els fotons que són emesos per un mateix àtom i que anomenen amb el nom de fotons bessons comparteixen polarització. Hem de tenir en compte que els fotons no estan quiets, sinó que es mouen a la velocitat de la llum i, per tant, s’allunyen l’un respecte l’altre a una velocitat increïble. Però no ens ha de resultar estrany el fet que dos fotons bessons comparteixin polarització. El llibre “L’enigma quàntic”, de Bruce Rosenblum i Fred Kuttner, ens conviden a interpretar-ho de la següent manera: 
“No ens sorprèn que dos bessons idèntics exhibeixin el mateix color d’ulls, ja que els bessons idèntics són creats amb el mateix color d’ulls.” (p.162). 
No obstant, la mecànica quàntica afirma que si els fotons ens qüestió no són observats la seva polarització serà indefinida, però igual, és a dir, els fotons es troben immersos en un estat de polarització idèntic, però no particular. En el mateix llibre fan servir la següent analogia:
“Suposem que sempre que un bessó escull mitjons verds, l’altre també (encara que ningun d’ells tingui informació sobre el color dels mitjons del seu germà). Això sí seria estrany.” (p.162). 
Doncs això és el que passa amb els fotons bessons. Si observem un dels dos fotons i desvetllem la seva polarització, immediatament coneixem la polarització de l’altre, sense haver-lo d’observar. Si la polarització d’un fotó és X, la de l’altre serà X. Aquest fet tan fascinant sembla contradir la mecànica quàntica, ja que un dels pilars d’aquesta afirma que per conèixer la propietat d’un cos primer l’hem d’observar, i en aquest cas no ens fa falta. Això ens remet a l’article EPR, que es preguntava si la descripció mecanoquàntica de la realitat física podia considerar-se completa. El físic teòric danès Niels Bohr va oferir la resposta que veurem a continuació i que hem adaptat:
És cert que els dos fotons no poden exercir entre ells una pertorbació mecànica, però sí que entre ells existeix una influència instantània.
Albert Einstein va anomenar aquesta “influència instantània” amb el nom de “accions fantasmals”. No cal dir que el físic alemany estava totalment en contra de l’existència d’aquestes accions fantasmals, però, en els anys setanta, una sèrie d’investigacions van demostrar que les accions fantasmals de Bohr existeixen.  

0 comentaris:

Publica un comentari