Воссоздание эксперимента с двумя щелями, доказавшего волновую природу света во времени, а не в пространстве
Физики воссоздали знаменитый эксперимент с двумя щелями, который показал, что свет ведет себя как частицы и волна во времени, а не в пространстве. Теперь команда физиков Имперского колледжа Лондона провела эксперимент, используя «щели» во времени, а не в пространстве. Они достигли этого, пропустив свет через материал, который меняет свои свойства за фемтосекунды (квадриллионные доли секунды), позволяя свету проходить только в определенное время в быстрой последовательности. Подробности эксперимента опубликованы сегодня (3 апреля) в Nature Physics.
Участник проекта Ромен Тироль настраивает оборудование, используемое в кабинете в Имперском колледже Лондона.
Авторы и права: Томас Ангус, Имперский колледж Лондона.
Имперские физики воссоздали знаменитый эксперимент с двумя щелями, который показал, что свет ведет себя как частицы и волна во времени, а не в пространстве.
Эксперимент основан на материалах, которые могут изменять свои оптические свойства за доли секунды, и которые можно использовать в новых технологиях или для изучения фундаментальных вопросов физики.
Оригинальный эксперимент с двумя щелями, проведенный в 1801 году Томасом Янгом в Королевском институте, показал, что свет действует как волна. Однако дальнейшие эксперименты показали, что свет на самом деле ведет себя и как волна, и как частица, раскрывая его квантовую природу.
Эти эксперименты оказали глубокое влияние на квантовую физику, открыв двухчастично-волновую природу не только света, но и других «частиц», включая электроны, нейтроны и целые атомы.
Теперь команда физиков Имперского колледжа Лондона провела эксперимент, используя «щели» во времени, а не в пространстве. Они достигли этого, пропустив свет через материал, который меняет свои свойства за фемтосекунды (квадриллионные доли секунды), позволяя свету проходить только в определенное время в быстрой последовательности.
Ведущий исследователь профессор Риккардо Сапиенца с факультета физики Imperial сказал: «Наш эксперимент раскрывает больше фундаментальной природы света, а также служит ступенькой к созданию окончательных материалов, которые могут точно контролировать свет как в пространстве, так и во времени. "
Подробности эксперимента опубликованы сегодня (3 апреля) в Nature Physics.
Первоначальная установка с двумя щелями включала направление света на непрозрачный экран с двумя тонкими параллельными щелями. За экраном находился детектор проходящего света.
Чтобы пройти через щели в виде волны, свет разделяется на две волны, которые проходят через каждую щель. Когда эти волны снова пересекаются на другой стороне, они «мешают» друг другу. Там, где встречаются пики волны, они усиливают друг друга, но там, где встречаются пик и впадина, они нейтрализуют друг друга. Это создает полосатый рисунок на детекторе областей с большим и меньшим количеством света.
Свет также можно разделить на «частицы», называемые фотонами, которые можно регистрировать, попадая на детектор по одной, постепенно создавая полосатую интерференционную картину . Даже когда исследователи запускали только один фотон за раз, интерференционная картина все равно появлялась, как если бы фотон разделялся на две части и проходил через обе щели.
В классической версии эксперимента свет, выходящий из физических щелей, меняет свое направление, поэтому интерференционная картина записывается в угловом профиле света. Вместо этого временные щели в новом эксперименте изменяют частоту света, что меняет его цвет. Это создало цвета света, которые интерферируют друг с другом, усиливая и отменяя определенные цвета, создавая интерференционный узор.
В качестве материала команда использовала тонкую пленку оксида индия-олова, из которой формируют экраны большинства мобильных телефонов. Лазеры изменяли отражательную способность материала в сверхбыстрых временных масштабах, создавая «щели» для света. Материал реагировал гораздо быстрее, чем ожидала команда, на управление лазером, изменяя свою отражательную способность за несколько фемтосекунд.
Этот материал представляет собой метаматериал, созданный таким образом, чтобы он обладал свойствами, которых нет в природе. Такое тонкое управление светом является одним из перспектив метаматериалов, и в сочетании с пространственным управлением может создать новые технологии и даже аналоги для изучения фундаментальных физических явлений, таких как черные дыры.
Соавтор профессор сэр Джон Пендри сказал: «Эксперимент с двойными временными интервалами открывает дверь к совершенно новой спектроскопии, способной разрешить временную структуру светового импульса в масштабе одного периода излучения».
Затем команда хочет исследовать явление в «кристалле времени», который аналогичен атомному кристаллу, но оптические свойства которого меняются во времени.
Соавтор, профессор Стефан Майер, сказал: «Концепция кристаллов времени может привести к созданию сверхбыстрых параллельных оптических переключателей».
