Pirmasis šviesos kaip dalelės ir kaip bangos paveikslas

Pirmą kartą tyrėjai vienu metu užfiksuoja dvigubą šviesos pobūdį

Stovinčios nanomagnetinės bangos vaizdas - kaip bangos trukdžiai ir kvantacija tuo pačiu metu © Fabrizio Carbone / EPFL
skaityti garsiai

Užfiksuota dviguba gamta: pirmą kartą tyrinėtojai sugebėjo užfiksuoti abi šviesos savybes vienu metu. Naudodami lazerį, nanosieną ir elektronų pluoštą, jie modeliuoja stovinčios elektromagnetinės bangos dalelių ir bangų pobūdį. Šis proveržis taip pat galėtų įgalinti naujas kvantines optines programas, kaip teigia mokslininkai „Nature Communications“.

Nuo Alberto Einšteino mes žinome, kad šviesa turi ir bangų, ir dalelių bruožus. Kadangi šviesa susideda iš fotonų ir todėl tam tikromis sąlygomis elgiasi kaip dalelių pluoštas. Tačiau tuo pat metu jis plinta kaip banga ir parodo, pavyzdžiui, bangų trikdžių poveikį. Yra abiejų savybių eksperimentiniai įrodymai, tačiau niekada nepavyko užfiksuoti abiejų savybių tuo pačiu metu.

Nuolatinė banga ant nanosriegio

Fabrizio Carbone iš „Ecole Polytechnique Fédérale de Lausanne“ (EFL) ir jo kolegos dabar pasinaudojo triuku, kad vienu metu gautų šviesos kaip bangos ir dalelės momentinį vaizdą. Savo eksperimentui jie išmetė raudoną lazerio impulsą ties metaline nanolaida. Šviesos energija verčia metalo daleles vibruoti. Elektromagnetinis energijos impulsas - vadinamasis plazmoninis laukas - „išsilieja“ abiem kryptimis išilgai laido iki galo ir atgal.

Lazeris ir nanolaidai sukūrė stovinčią bangą, ultragarsiniame TEM elektronų pluoštas tarnavo kaip matavimo priemonė. © „Fabrizio Carbone“ / EPFL

Jei abi dalinės bangos vėl susitinka, susidaro stovinčioji banga. Ir dabar ateina tikrasis triukas: Tyrėjai nušovė elektronų pluoštą taip arti nanolaidų, kad elektronai sąveikavo su stovinčia banga ant vielos paviršiaus. Priklausomai nuo bangos aukščio, jie buvo arba pagreitinti, arba šiek tiek stabdyti. Tačiau tuo pat metu elektronai taip pat reagavo su šviesos dalelių prigimtimi: jie apsikeitė energija su fotonais.

Banga ir dalelės tuo pačiu metu

Naudodamiesi vadinamuoju ypač greito pralaidumo elektronų mikroskopu, tyrėjai sugebėjo tiksliai užrašyti, kur ant laido elektronai pakeitė savo tempą ir taip užfiksuoti šviesos bangos formą. Tuo pačiu metu energijos kvanto mainai galėjo būti matuojami su šviesos dalelėmis, taip įrodant, kad stovinčioji elektromagnetinė banga taip pat turėjo dalelių prigimtį. displėjus

„Šis eksperimentas parodo, kad ypač greita perdavimo elektronų mikroskopija gali tuo pačiu metu modeliuoti tokio plazmoninio lauko erdvinius trukdžius ir kiekybiškumą“, - pažymi Carbone'as ir jo kolegos. Tai svarbu ne tik pagrindiniams moksliniams tyrimams, bet ir ateities technologijas. „Kadangi tokius kvantinius reiškinius galima vaizduoti ir valdyti, tai taip pat atveria naują kelią į kvantinį kompiuterį.“ („Nature Communications“, 2015; doi: 10.1038 / ncomms7407)

Kaip vienu metu užfiksuoti šviesą kaip bangą ir daleles?

(„Ecole Polytechnique F d rale de Lousanne“, 2015 03 03 - NPO)