Физици получиха първи снимки на „частицо-вълни” светлина

Международен екип физици успя да получи снимки на фотони, които едновременно се държат като частица и вълна.

Снимките и резултатите от наблюденията им са публикувани в статия в сп. Nature Communications.

Днес практически всички физици, с изключение на малка група, смятат, че светлината се държи и като частица, и като електромагнитна вълна. На базата на този феномен, който в миналото не съвсем коректно бил наричан корпускулярно-вълнови дуализъм, са построени много съвременни технологии, като например матрици за камери и различи датчици.

Отдавна учените се стремят да потвърдят двойната природа на фотоните, но всички такива експерименти завършвали безрезултатно – светлината позволявала да бъде видяна само от едната страна, проявявайки се или само като частица, или само като вълна.

Швейцарски учени от Федералната политехническа школа на Лозана под ръководството на Фабрицио Карбоне успели да накарат светлината да се държи едновременно и като частица, и като вълна, и да я проследят, използвайки т.нар. поляритони.

Поляритоните представляват една от сравнително наскоро създадените виртуални частици, която, както и фотонът, едновременно се държи като вълна и като частица. Той се състои от три компонента – оптичен резонатор (комплект от две огледала – отражатели), затворени между тях светлинна вълна и квантова яма – атом и въртящ се около него електрон, който периодично поглъща и изпуска квант светлина.

Карбоне и колегите му създали такъв поляритон, чиито „превключвания“ те можели да следят със сканиращ електронен микроскоп, без да нарушават състоянията на самата частица.

Учените успели да постигнат това благодарение на плазмонен резонатор – друга сравнително нова технология, позволяваща да се преобразуват колективните колебания на електроните в метали при светлина, топлина и други форми на енергия, или да ги поглъщат.

Ролята на такъв резонатор играла малка сребърна нанонишка, която учените периодично облъчвали с кратки лазерни импулси. След всеки импулс в нишката се появявали поляритони, които учените следили, бомбардирайки ги с лъчи електрони от „дулото“ на микроскопа.

В зависимост от състоянието на поляритоните електроните или се ускорявали, или се забавяли, което позволило на екипа на Карбоне за първи път да види как се държи светлината едновременно като частица и като вълна.

„Този експеримент за първи път демонстрира това, че ние принципно можем пряко да наблюдаваме и снимаме как работи квантовата механика при цялата ѝ противоречивост и парадоксалност. Способността да се контролират и наблюдават квантовите процеси на нанометрови мащаби открива нов път за създаване на квантови компютри“, заключава Карбоне.