الصورة الأولى للضوء كجسيم وكموجة

لأول مرة ، يلتقط الباحثون الطبيعة المزدوجة للضوء في وقت واحد

صورة لموجة كهرومغناطيسية دائمة على أسلاك متناهية الصغر - كتداخل للموجة وكميتها في نفس الوقت © Fabrizio Carbone / EPFL
قراءة بصوت عال

القبض على الطبيعة المزدوجة: لأول مرة ، تمكن الباحثون من التقاط خواص الضوء في آن واحد. باستخدام الليزر ، أسلاك متناهية الصغر ، وحزمة الإلكترون ، قاموا بنمذجة كل من الجسيم والطبيعة الموجية للموجة الكهرومغناطيسية الدائمة. يمكن لهذا الاختراق أيضًا تمكين التطبيقات الضوئية الكمومية الجديدة ، كما ذكر الباحثون في مجلة Nature Communications.

منذ ألبرت أينشتاين نعلم أن الضوء يمتلك كلا من ميزات الأمواج والجسيمات. لأن الضوء يتكون من فوتونات وبالتالي يتصرف في ظل ظروف معينة مثل شعاع الجسيمات. في الوقت نفسه ، ينتشر مثل الموجة ويظهر ، على سبيل المثال ، تأثير تداخل الموجة. يوجد دليلان تجريبيان لكلتا الخواص - ولكن لالتقاط كلتا الخواص في نفس الوقت ، لم ينجح ذلك أبدًا.

يقف موجة على أسلاك متناهية الصغر

استخدم فابريزيو كاربوني من كلية الفنون التطبيقية في لوزان (EFL) وزملاؤه الآن خدعة لالتقاط لقطة من الضوء كموجة وجسيم في نفس الوقت. لتجربتهم ، أطلقوا نبضة ليزر حمراء على أسلاك معدنية متناهية الصغر. طاقة الضوء تجعل الجزيئات المعدنية تهتز. نبض الطاقة الكهرومغناطيسية - ما يسمى مجال البلازما - "انسكابات" في كلا الاتجاهين على طول السلك إلى النهاية والعودة مرة أخرى.

تولد الليزر والأسلاك المتناهية الصغر الموجة الدائمة ، حيث كانت حزمة الإلكترون في TEM فائق السرعة بمثابة أداة قياس. © Fabrizio Carbone / EPFL

إذا التقى كلا الأمواج الجزئية مرة أخرى ، يتم تشكيل موجة دائمة. والآن تأتي الحيلة الحقيقية: أطلق الباحثون شعاعًا إلكترونيًا قريبًا جدًا من الأسلاك النانوية بحيث تفاعلت الإلكترونات مع الموجة الدائمة على سطح السلك. اعتمادًا على ارتفاع الموجة ، تم تسريعها أو فرملها قليلاً. ولكن في الوقت نفسه ، تفاعلت الإلكترونات أيضًا مع الطبيعة الجزيئية للضوء: فقد تبادلوا الطاقة مع الفوتونات.

موجة وجزيئات في نفس الوقت

باستخدام ما يسمى بمجهر إلكترون انتقال فائق السرعة ، تمكن الباحثون من تسجيل المكان الذي غيرت فيه الإلكترونات وتيرتها على السلك بدقة ، وبالتالي التقاط الشكل الموجي للضوء. في الوقت نفسه ، يمكن قياس تبادل الطاقة مع جسيمات الضوء ، وبالتالي إثبات أن الموجة الكهرومغناطيسية الدائمة تمتلك أيضًا طبيعة الجسيمات. عرض

يقول كاربون وزملاؤه "توضح هذه التجربة أن المجهر الإلكتروني للإرسال فائق السرعة يمكن أن يحاكي في وقت واحد التداخل المكاني وتقدير مثل هذا المجال البلازمي". هذا مهم ليس فقط للبحث الأساسي ، ولكن أيضًا للتكنولوجيات المستقبلية. "نظرًا لأن ظواهر الكم مثل هذه يمكن تصويرها والتحكم فيها ، فإنها تفتح أيضًا مسارًا جديدًا للكمبيوتر الكمومي." (Nature Communications، 2015؛ doi: 10.1038 / ncomms7407)

كيفية التقاط الضوء على شكل موجة وجسيم في نفس الوقت؟

(مدرسة الفنون التطبيقية في لوزان ، 03.03.2015 - NPO)