|  | 4 марта 2015 | Новости науки и техники

Ученые впервые сделали снимок, на котором фотон представлен одновременно и как частица и как волна

Снимок волны света


В 1905 году Альберт Эйнштейн, наблюдая фотоэлектрический эффект, при котором атомы некоторых металлов испускают свободные электроны под воздействием падающего на них света, пришел к выводу о том, что луч света является не просто волной электромагнитного излучения, он состоят из дискретных "энергетических волновых пакетов", называемых фотонами. Впоследствии этот принцип был принят в физике, но до последнего времени никому еще не удавалось непосредственно наблюдать так называемый дуализм, одновременное обладание свойствами волны и частицы, фотона света. А недавно, ученые из Швейцарского федерального политехнического университета Лозанны (Swiss Ecole Polytechnique Federale de Lausanne, EPFL), Швейцария, в ходе достаточно сложного эксперимента впервые в истории получили снимок этого явления.

В своем эксперименте группа, возглавляемая профессором Фабрицио Карбоне (Fabrizio Carbone), использовала чрезвычайно короткий импульс света фемтосекундного лазера, направленный на крошечные серебряные нанопроводники, расположенные на поверхности графена, который выступал в роли электрического изолятора. Лазерный свет накачивал энергией эту систему, которая воздействовала на заряженные частицы в нанопроводниках, заставляя их вибрировать, в результате чего нанопроводник превратился в квазиодномерную плазмонную наноантенну.

Другими словами, серебряный нанопроводник действовал как крошечная антенна, излучающая пакеты электромагнитных волн, характеристики которых зависели от характеристик света лазерного возбуждения. За счет такого взаимодействия между материей и светом, лазерный свет начинал колебаться между двумя концами наноантенны, что привело к появлению так называемых плазмоных поляритонов, электромагнитных волн, которые распространяются вдоль поверхности перехода металл-воздух или металл-диэлектрик.

Свет, попавший в область поляритона, начал распространяться в двух противоположных направлениях. Отразившись от концов нанопроводника, этот свет пересекся возле его середины, сформировав стоячую волну. Эта стоячая волна, опоясывающая середину нанопроводника, и стала источником света, используемого в эксперименте. После этого исследователи нацелили луч электронов в область стоячей волны света вокруг нанопроводника. Когда электроны попадали в эту область, они сталкивались с отдельными фотонами света, ускоряясь в результате приобретения энергии от столкновения, или замедляясь в результате потери части энергии.

Затем, при помощи специального фильтра, ученые выбрали только те электроны, которые ускорились, т.е. приобрели дополнительную энергию в результате столкновения с фотонами. Луч отфильтрованных электронов был сфокусирован на датчике инструмента сверхскоростной электронной микроскопии (UTEM, ultrafast transmission electron microscopy), который создал изображение, визуализирующее множество энергетических состояний попадающих в него электронов. И через некоторое время инструмент UTEM воссоздал полную картину стоячей волны, делая видимой саму физическую природу волны света.

Одновременно с этим, полученное изображение "высветило" корпускулярную сторону природы света, демонстрируя, что изменения в скорости взаимодействующих с фотонами электронов имеют также дискретизированный характер, соответствующий "квантам" энергии, передаваемым от фотонов к электронам. Это, в свою очередь, послужило доказательством тому, что свет, движущийся по поверхности нанопроводника, ведет себя как частицы.

"Наш эксперимент доказывает, что мы имеем возможность увидеть непосредственно квантовую механику и ее парадоксальный характер" - рассказывает профессор Карбоне, - "Возможность увидеть и контролировать квантовые явления на субнанометровом масштабе открывает для нас совершенно новую дорогу на пути к реализациям технологий квантовых вычислений".




Ключевые слова:
Свет, Частица, Волна, Электромагнитное, Излучение, Фотон, Нанопроводник, Электрон, Столкновение, Снимок

Первоисточник

Другие новости по теме:
  • Эксперимент NA64 - охота на таинственные темные фотоны
  • Ученые получили лучи протонов при помощи наночастиц и лазерного света
  • Ученые создали уникальные цепи из нанопроводников, которые могут проводить ...
  • Ученые при помощи акустических волн заставили свет перемещаться по нанопров ...
  • Новый эксперимент подтвердил на практике двойственную квантовую природу све ...




  • 4 марта 2015 11:31
    #1 Написал: vpreunov

    Публикаций: 0
    Комментариев: 0
    Даные опыты подтвердили давно уже известное: эти "энергетические волновые пакеты" Эйнштейна (фотоны,кванты) представляют из себя отрезки (цуги) волн определённых частот, что полностью объясняет так.наз. дуализм (частица/волна) ЭМ излучения. Цуг в целом ведёт себя как частица определённой энергии, зависящей от частоты колебаний; в волновых экспериментах и явлениях - как волна, чем он физически и является. Таким образом, свет и вообще ЭМ излучение - не непрерывная волна или поток частиц, а поток цугов волн. Для света, излучаемого атомами, например, длина цугов немалая - порядка нескольких метров.
    Хорошо, что такие опыты ставятся. Правда, опыты, доказывающие описанную природу ЭМ волн, ставились и раньше, по несколько другим схемам. Но снимок получен впервые.
        
    4 марта 2015 14:15
    #2 Написал: FomaNeverujuwij

    Публикаций: 0
    Комментариев: 3857
    Как-то они слишком хитро, сложно и запутано получили снимок. Хотя, проще и не вышло-бы, ведь это "косвенная" съемка, так сказать.


    --------------------
        

    Информация

    Посетители, находящиеся в группе Гости, не могут оставлять комментарии к данной публикации.