Os pesquisadores da University of Central Florida College of Optics and Photonics conseguiram a primeira observação dos pacotes de ondas de Broglie-Mackinnon explorando uma brecha em um teorema de física do laser da década de 1980.

O trabalho de pesquisa do professor do CREOL e do Florida Photonics Center of Excellence Ayman Abouraddy e do assistente de pesquisa Layton Hall foi publicado na revista Nature Physics .

A observação de pacotes ópticos de ondas de Broglie–Mackinnon destaca a pesquisa da equipe usando uma classe de feixes de laser pulsados ??que eles chamam de pacotes de ondas espaço-temporais.

Em uma entrevista com o Dr. Abouraddy, ele fornece mais informações sobre a pesquisa de sua equipe e o que ela pode trazer para o futuro.

Nos primeiros dias do desenvolvimento da mecânica quântica, quase 100 anos atrás, Louis de Broglie fez a descoberta conceitual crucial de identificar ondas com partículas, às vezes chamada de dualidade onda-partícula . No entanto, um dilema crucial não foi resolvido. As partículas são espacialmente estáveis: seu tamanho não muda à medida que viajam, mas as ondas mudam, espalhando-se no espaço e no tempo. Como se pode construir um modelo a partir das ondas sugeridas por de Broglie que, no entanto, correspondem com precisão a uma partícula?

Na década de 1970, L. Mackinnon propôs uma solução combinando a teoria especial da relatividade de Einstein com as ondas de De Broglie para construir um "pacote de ondas" estável que não se espalha e pode, assim, acompanhar uma partícula em movimento. Essa proposta passou despercebida porque não havia metodologia para produzir tal pacote de ondas. Nos últimos anos, meu grupo tem trabalhado em uma nova classe de feixes de laser pulsados ??que chamamos de "pacotes de ondas espaço-temporais", que viajam rigidamente no espaço livre .

Em nossa pesquisa recente, Layton estendeu esse comportamento à propagação em meios dispersivos, que normalmente estendem pulsos ópticos — exceto para pacotes de ondas do espaço-tempo que resistem a esse alongamento. Ele reconheceu que a propagação de pacotes de ondas espaço-temporais em um meio dotado de um tipo especial de dispersão (a chamada dispersão 'anômala') corresponde à proposta de Mackinnon. Em outras palavras, os pacotes de ondas do espaço-tempo são a chave para finalmente realizar o sonho de De Broglie. Ao realizar experimentos com laser ao longo dessas linhas, observamos pela primeira vez o que chamamos de pacotes de ondas de Broglie-Mackinnon e verificamos suas propriedades previstas.

Existem vários aspectos únicos deste papel. Este é o primeiro exemplo de um pulso se propagando invariavelmente em um meio com dispersão anômala. Na verdade, um teorema bem conhecido na física do laser da década de 1980 pretende provar que tal feito é impossível. Encontramos uma brecha nesse teorema que exploramos ao projetar nossos campos ópticos.

Além disso, todos os campos pulsados ??anteriores que se propagam sem mudança foram em forma de X. Há muito se teoriza que pacotes de ondas invariantes à propagação em forma de O devem existir, mas eles nunca foram observados. Nossos resultados revelam os primeiros pacotes de ondas invariantes de propagação em forma de O observados.

Ainda não sabemos exatamente. No entanto, essas descobertas têm consequências práticas em termos de propagação de pulsos ópticos em meios dispersivos sem sofrer o impacto deletério da dispersão.

Esses resultados podem abrir caminho para testes ópticos das soluções da equação de Klein-Gordon para partículas massivas e podem até levar à síntese de pacotes de ondas não dispersivas usando ondas de matéria. Isso também permitiria novas técnicas de detecção e microscópio.

Este trabalho é parte de um estudo maior sobre as características de propagação de pacotes de ondas espaço-temporais. Isso inclui a propagação de longa distância de pacotes de ondas do espaço-tempo que estamos testando no Townes Institute Science and Technology Experimentation Facility (TISTEF) da UCF na costa espacial da Flórida. De uma perspectiva fundamental, o espectro óptico que usamos em nossos experimentos encontra-se em uma trajetória fechada. Isso nunca foi alcançado antes e abre caminho para o estudo de estruturas topológicas de luz em superfícies fechadas.