A fény első része, mint részecske és hullám

A kutatók első ízben egyidejűleg rögzítik a fény kettős természetét

Kép egy álló elektromágneses hullámról a nanosávon - mint hulláminterferencia és kvantálás egyszerre © Fabrizio Carbone / EPFL
felolvasta

Kettős természet rögzítve: A kutatók először képesek voltak megragadni a fény mindkét tulajdonságát egyszerre. Lézer, nanovezeték és elektronnyaláb segítségével modellezték az álló elektromágneses hullám részecske- és hullám jellegét. Ez az áttörés új kvantum-optikai alkalmazásokat is lehetővé tehet, amint a kutatók beszámolnak a Nature Communications-ben.

Albert Einstein óta tudjuk, hogy a fény mind a hullámok, mind a részecskék tulajdonságaival rendelkezik. Mivel a fény fotonokból áll, és bizonyos körülmények között úgy viselkedik, mint egy részecskenyaláb. Ugyanakkor azonban úgy hullámzik, mint egy hullám, és megmutatja például a hullám-interferencia hatását. Mindkét tulajdonságra vonatkozóan kísérleti bizonyítékok vannak - de a két tulajdonság egyszerre történő rögzítése soha nem volt sikeres.

Állandó hullám a nanoszálakon

Fabrizio Carbone, az Ecole Polytechnique Fédérale de Lausanne (EFL) és kollégái most egy trükköt alkalmaztak, hogy először készítsenek pillanatfelvételt fényről, mint hullámnak és egy részecskének egyidejűleg. Kísérletükhöz vörös lézerimpulzust lőttek egy fém nanoszálaba. A fény energiája miatt a fémrészecskék rezegnek. Az elektromágneses energiaimpulzus - az úgynevezett plazmonikus mező - mindkét irányban "kiszivárog" a huzal mentén a végére és vissza.

A lézer és a nanosábel generálta az álló hullámot, az ultragyors TEM-ben egy elektronnyaláb mérési segédanyagként szolgált. © Fabrizio Carbone / EPFL

Ha mindkét parciális hullám újra találkozik, álló hullám alakul ki. És most jön az igazi trükk: A kutatók egy olyan elektronnyalábot lőttek olyan közel a nanokábelhez, hogy az elektronok kölcsönhatásba léptek a huzal felületén álló állóhullámmal. A hullámmagasságtól függően vagy felgyorsultak, vagy kissé fékezték őket. Ugyanakkor az elektronok szintén reagáltak a fény részecske természetével: energiát cseréltek a fotonokkal.

Hullám és részecskék egyidejűleg

Egy úgynevezett ultragyors transzmissziós elektronmikroszkóppal a kutatók pontosan fel tudták rögzíteni, hol a huzalon az elektronok tempóját megváltoztatták, és így megfoghatták a fény hullámformáját. Ugyanakkor az energiakvantumok cseréjét meg lehetett volna mérni a fényrészecskékkel, ezáltal igazolva, hogy az álló elektromágneses hullám részecske jellegű is. kijelző

"Ez a kísérlet megmutatja, hogy az ultragyors transzmissziós elektronmikroszkópia egyidejűleg szimulálhatja egy ilyen plazmonikus mező térbeli interferenciáját és kvantálását" - jegyzi meg Carbone és munkatársai. Ez nemcsak az alapkutatás, hanem a jövő technológiái szempontjából is fontos. "Mivel az ilyen kvantum jelenségek ábrázolhatók és irányíthatók, ez új utat nyit a kvantum számítógép felé." (Nature Communications, 2015; doi: 10.1038 / ncomms7407)

Hogyan lehet egyidejűleg a fényt hullámként és részecskéként rögzíteni?

(Ecole Polytechnique F d rale de Lausanne, 2015.03.03. - NPO)