Новый взгляд на известный физический эксперимент показывает, что свет мешает своему прошлому

В 1801 году британский ученый Томас Янг провел эксперимент с двумя щелями, вошедший в историю физики. Пропустив свет через две щели в материале, он показал, что свет ведет себя как волна, одновременно двигаясь разными путями. вмешиваться предсказуемым образом после рекомбинации.

С того новаторского момента эксперимент повторялся, чтобы продемонстрировать, что электромагнитное излучение проявляет поведение как волн, так и частиц. Другими словами, свет может вести себя как шарики, катящиеся по склону, или как рябь в пруду, в зависимости от того, как они измеряются.

Так действуют не только фотоны. Ученые использовали аналогичные установки, чтобы показать, что электроны, нейтроны и целые атомы ведут себя одинаково, установив основной принцип квантовой физики как теорию, основанную на вероятности.

Теперь ученые воссоздали эксперимент Юнга с помощью современного крутить. Вместо пары щелей, разделенных в пространстве, они использовали «временные щели», созданные быстрой регулировкой отражательной способности материала, проверяя способность световой волны вмешиваться в собственное прошлое и будущее.

«Наш эксперимент раскрывает больше фундаментальной природы света и служит ступенькой к созданию совершенных материалов, которые могут точно управлять светом как в пространстве, так и во времени», – говорит физик Риккардо Сапиенца из Имперского колледжа Лондона, Великобритания.

Сапиенца и его коллеги использовали тонкий слой оксида индия-олова, материала, используемого в экранах смартфонов. Лазерные импульсы изменили его отражательную способность, чтобы создать два отдельных периода, когда можно измерить попадание света на материал, обеспечивая разные пути во времени, когда одна волна света может интерферировать сама с собой.

Эти различия во времени изменили частоту света, когда он падал на материал, с интерференцией между различными волнами, создающими различные цвета, а не различия в яркости. Ученые изучили эту интерференционную картину, чтобы наблюдать волнообразное поведение света.

«Эксперимент с двойными временными интервалами открывает дверь в совершенно новую спектроскопию, способную разрешить временную структуру светового импульса», — говорит физик Джон Пендри из Имперский колледж Лондона.

Интересно, что щели открылись намного быстрее, чем ожидали ученые, — от 1 до 10 фемтосекунд (квадриллионных долей секунды). . То, что эксперимент превзошел теоретическое моделирование, предполагает, что часть этого моделирования необходимо переосмыслить: материалы не обязательно взаимодействуют со светом именно так, как думали ученые (например, при изменении интенсивности или скорости). p>

Наличие такого материала, который может изменить свою реакцию на свет за считанные минуты, может оказаться полезным для разработки новых технологий и более глубокого изучения тайн квантовой физики.

Это будет полезно и в больших масштабах, при изучении таких явлений, как черные дыры. Затем команда хочет испытать свою «историю времени» на другом материале, атомном кристалле, где атомы образуют четкую структуру, что может привести к быстрому совершенствованию электроники.

«Концепция кристаллов времени может привести к сверхбыстрым параллельным оптическим переключателям», — говорит физик Стефан Майер из Имперского колледжа Лондона.

Исследование опубликовано в журнале Nature Physics.