Квантовую природу света впервые продемонстрировали на "временной шкале"

Международный коллектив физиков разработал уникальный оптический материал, который впервые позволил им продемонстрировать, что фотоны ведут себя как волны и частицы, а также носят квантовую природу не только в пространстве, но и во времени. Об этом сообщила в понедельник пресс-служба Имперского колледжа Лондона (ICL).

"Проведенный нами эксперимент значительно расширил наши представления о природе света. В дополнение к этому, он стал первым шагом на пути к созданию материалов, которые позволят нам управлять поведением фотонов и в пространстве, и во времени", - заявил профессор ICL Риккардо Сапиенца, чьи слова приводит пресс-служба вуза.

Как отметил ученый, "пространственную" версию этого эксперимента провел британский физик Томас Юнг еще в начале XIX века. Он обнаружил, что если пропустить луч света через ширму с двумя параллельными щелями, удаленными друг от друга на расстояние, примерно равное длине волны света, то тогда на экране за этой ширмой возникнет множество ярких полос света, которые при этом отделены друг от друга темными линиями.

Подобное "расщепление" луча света стало первым практическим свидетельством того, что фотоны, частицы света, одновременно ведут себя и как волна, и как точечные объекты. В дополнение к этому, в последующем столетии опыт Юнга стал одной из самых наглядных демонстраций квантовой природы фотонов и отсутствия у них определенного положения и четкой траектории движения.

Профессор Сапиенца и его коллеги создали уникальный оптический материал, который впервые позволил физикам провести эксперимент Юнга не в пространстве, а во времени. Это стало возможным благодаря тому, что ученые открыли подход, позволяющий резко менять отражающую способность прозрачной пленки с рекордно высокой скоростью, всего за несколько фемтосекунд, квадриллионных долей секунды.

Как обнаружили исследователи, для этого достаточно нанести на золотую подложку сверхтонкую пленку из оксидов индия и олова и затем подсветить эту конструкцию при помощи сверхкоротких импульсов терагерцового лазера, направленных под углом в 60 градусов по отношению к поверхности пленки. В результате этого пленка дважды превращается на очень короткое время, около 1-2 пикосекунд (триллионных долей секунды), в зеркало для терагерцового излучения.

Физики воспользовались этим для проведения первых наблюдений за тем, как поток частиц света реагирует на появление подобных временных "препятствий". Проведенные ими опыты показали, что и в данном случае луч света расщеплялся на множество полос, которые в данном случае появлялись не в пространстве, а в "цвете" излучения, структуре спектра терагерцового луча, которое профессор Сапиенца и его коллеги пропускали через пленку после ее подсветки при помощи лазера.

Схожим образом, по словам ученых, можно контролировать поведение частиц света внутри различных оптических компонентов и вычислительных систем. В далекой перспективе, как надеются физики, это позволит создать высокоскоростные оптические диоды, транзисторы и другие компоненты, необходимые для создания световых компьютеров будущего.

Источник:ТАСС

Источник фото:scientificrussia