Свет впервые сфотографировали как волну и частицу одновременно

Изображение: Fabrizio Carbone / EPFL

Швейцарские ученые разработали экспериментальный метод, позволяющий заснять свет одновременно в виде волны и потока частиц (фотонов). О своем открытии они рассказали на страницах журнала Nature Communications, а коротко об исследовании сообщается в пресс-релизе Федеральной политехнической школы Лозанны.

Ученые придумали, как сфотографировать само средство, необходимое для фотографирования, — свет. Группа Фабрицио Карбоне (Fabrizio Carbone) выстрелила лазерным импульсом в сторону нанопровода (диаметром 0,00008 миллиметра). Лазер придает энергию заряженным частицам в нанопроводе, заставляя их вибрировать. Теперь свет перемещается по проволоке в противоположных направлениях (как машины на двухполосной магистрали), а при встрече этих двух волн образуется третья — стоячая. Именно она, излучая у поверхности провода, и стала источником света для эксперимента.

На втором этапе эксперимента ученые выстреливают потоком электронов, используя их для отображения стоячей волны. По мере взаимодействия с последней частицы ускоряются или замедляются. С помощью сверхбыстрого микроскопа, фиксирующего точки, где происходит смена скорости, исследователи смогли получить картинку стоячей волны, демонстрирующую волновую природу света.

Что касается частиц, то электроны, проходя мимо стоячей волны, ударяют по фотонам — что опять же меняет их скорость. Динамика этих изменений напоминает обмен «пакетов» (квантов) энергии между двумя группами частиц. Само наличие этих «пакетов» указывает на то, что свет на нанопроволоке ведет себя как поток частиц.

«Эксперимент показывает, что мы — впервые — научились напрямую снимать квантовую механику, со всеми ее парадоксальными свойствами», — заявил Карбоне. Данное открытие окажется полезным для квантовых компьютеров, считает ученый.