Отриманий знімок, показує, що світло поводить себе як хвиля і як частка

У 1905 році Альберт Ейнштейн пояснив природу фотоелектричного ефекту, спостережуваного при падінні світла на різні метали, коли освітлені матеріали випускають електрони. З тих пір всі фізики знають, що світ це не просто електромагнітна хвиля, але й елементарна безмассовая частинки – фотон. Але при цьому більше ста років вчені не могли придумати експеримент, що дозволяє на власні очі побачити цю двоїсту природу.

Нарешті, з цим завданням впоралися швейцарські дослідники з Федеральної політехнічної школи Лозанни (EPFL). Вони вперше зуміли зробити знімок, показує, що світло поводить себе як хвиля і як частинка.

Фабріціо Карбоні (Fabrizio Carbone) і його колеги направляли надкороткі імпульси лазера на срібний нанорозмірний провід, підвішений на графеновій плівці, що грає роль електричного ізолятора.

Лазер передавав заряджених частинок металу додаткову енергію, змушуючи їх осциллировать. При цьому сам лазерний світло переміщувався вздовж дроту в двох протилежних напрямках, як автомобілі на шосе. Коли зустрічні потоки перетиналися, утворювалися нові хвилі, які з боку здавалися стоять на одному місці. Ці нерухомі світлові хвилі сформували навколо дроту поле, яке і стало джерелом світла для наступного експерименту.

Дослідники направили на поле вийшло потік електронів. При зіткненні електрона і фотона одна з частинок повідомляла інший частку своєї енергії. Якщо електрон отримує енергію, він починає рухатися швидше, якщо віддає — сповільнюється.

Щоб простежити за цими змінами, фізики націлили на електрони надшвидкий просвічуючий електронний мікроскоп (ПЕР). У тому місці, де частинки змінювали свій енергетичний рівень, вони змогли зафіксувати стоячі хвилі, які були проявом хвильової природи світла. У той же час, спостерігаючи отримання електроном “енергетичного пакета” від фотона, вчені наочно продемонстрували, що світло поводить себе і як частинка.

“У ході цього експерименту ми вперше змогли зафіксувати квантово-механічне явище і продемонструвати його парадоксальність, — повідомляє Карбоні в прес-релізі. — Можливість візуалізувати квантові явища в нанометровому масштабі і здатність керувати ними відкриває нову дорогу до технологій квантових обчислень”.
Докладні результати дослідження опубліковані в виданні Nature Communications (від.ред. стаття Simultaneous observation of the quantization and the interference pattern of a plasmonic near-field у вільному доступі)

 

Візуальне зображення двоїстої природи світла: нижній зріз відображає світло, як частинки, в той час як верхня частина демонструє його хвильову природу

Залишити відповідь

Ваша e-mail адреса не оприлюднюватиметься. Обов’язкові поля позначені *