Anomalous forces: an experimental study

Abstract

O fenômeno de interferência quântica de forças é observado quando um elétron viaja através de um interferômetro Mach-Zehnder especial e é detectado em uma das saídas. Em um dos braços do interferômetro é inserido um capacitor e com isso o elétron está sujeito a uma força positiva na direção transversal de propagação em um caminho, enquanto no outro não. Considerando que a interferência é quântica, está prevista a possibilidade de o pacote de onda numa saída do interferômetro ser desviado na direção contrária à força que o capacitor faz sobre um elétron que passa entre as suas placas. Em outras palavras, pode acontecer uma transferência de momento na média negativo para um dado caminho.

Em nosso trabalho atual, nós simulamos experimentalmente esse efeito usando pares de fótons emaranhados em polarização. A polarização foi usada como um grau de liberdade auxiliar para controlar o desvio em momento, de tal forma que fomos capazes de manipular de maneira condicional a componente horizontal do estado emaranhado. Para isso, nós utilizamos um modulador espacial de luz, que junto com o emaranhamento na polarização são essenciais para a simulação desse efeito. Com a escolha de parâmetros adequada, fomos capazes de interferir a componente da função de onda desviada em momento com a que não sofreu a ação de nenhuma força e medir diretamente a transferência negativa de momento. Dessa forma conseguimos reproduzir o comportamento do elétron no interferômetro de Mach-Zehnder com um capacitor em um dos braços. Nós controlamos a "força" de maneira não-local, projetando um dos fótons no estado de polarização desejado, enquanto o outro fóton do par era sujeito à "força" positiva e projetado sempre no mesmo estado. Para refinar nossa análise, nós realizamos uma tomografia em polarização e usamos o método da tomografia quântica variacional para estimar a matriz densidade do sistema. Assim foi possível ajustar teoricamente os resultados levando em conta os limites do aparato experimental.