BRATISLAVA. Je to jedna z mála vecí o kvantovej mechanike, ktorú si zo škôl pamätajú všetci. Prišiel s ňou začiatkom 20. storočia Albert Einstein a v skratke hovorí zhruba toľko, že svetlo sa správa ako častica aj ako vlna.
Problémom však bolo, že experimenty dokázali dosiaľ pozorovať iba buď vlnový, alebo časticový charakter svetla. Teraz však výskumníci zo švajčiarskeho EPFL tvrdia, že sa im ako prvým vôbec podarilo vytvoriť snímku svetla ako vlny aj častice zároveň.
Opísali to v štúdii pre magazín Nature Communications.
Vidieť oboje
Medzinárodný tím švajčiarskych a amerických fyzikov začal s laserovým lúčom a tenučkým kovovým nanovláknom. Tím Fabrizia Carboneho namieril na vlákno laser a svetlo ako vlna sa začalo pozdĺž vlákna pohybovať v dvoch smeroch, podobne ako autá na diaľnici.
Keď sa na nejakom mieste vlny pohybujúce sa opačnými smermi stretli, vytvorili novú svetelnú vlnu, ktorá akoby zostala stáť na mieste. Navyše, sama emitovala častice svetla.
V tomto okamihu výskumníci okolo nanodrôtu vystrelili prúd elektrónov z moderného elektrónového mikroskopu, pomocou ktorého celú situáciu nasnímali (viac o experimente nájdete na konci textu).
Výsledkom vzájomnej interakcie svetla a okolo letiacich elektrónov bol napokon záber svetla aj ako vlnenia, i ako častice.
„Tento experiment po prvý raz ukázal, že dokážeme nafilmovať kvantovú mechaniku," zdôrazňuje v tlačovom vyhlásení Ecole Polytechnique Federale de Lausanne Carbone. „A nielen to, ale aj jej paradoxnú povahu, a to priamo."
Lepšie počítače?
Výskumníci teraz zdôrazňujú, že ich výsledok je iba prvým krokom. Predpokladajú, že lepšie pochopenie podobných fenoménov i technológie na ich priame pozorovanie môže pomôcť napríklad pri vývoji kvantových počítačov.
Ako prebiehal experiment:
Laserový pulz vystrelili na kovový nanodrôt. To dodalo časticiam vlákna energiu, takže sa rozvibrovali.
Svetlo ako vlny sa pohybovalo pozdĺž vlákna v dvoch možných smeroch, podobne ako autá na diaľnici. Keď sa opačne pohybujúce vlny stretli, vytvorili novú vlnu, ktorá akoby zostala stáť na mieste. Táto vlna sa stala zdrojom svetla pre samotný experiment, keďže ožarovala okolie nanovlákna.
Následne vedci vystrelili prúd elektrónov okolo vlákna, pričom pomocou týchto elektrónov chceli nasnímať stojacu vlnu svetla. Ako elektróny interagovali so stiesneným svetlom na nanovlákne, buď zrýchľovali, alebo spomaľovali.
Pomocou mikroskopu vedci dokázali zachytiť miesta, kde k týmto zmenám rýchlosti dochádzalo - vďaka tomu výskumníci mohli vizualizovať stojacu vlnu a vznikol jej odtlačok. Samo o sebe to však neukazovalo len vlnovú povahu svetla, ale zároveň aj jej časticový charakter.
Ako elektróny prechádzali okolo tejto stojacej vlny, narážali do fotónov - častíc svetla. Práve tieto zrážky ovplyvňovali rýchlosť elektrónov - zmeny rýchlosti nastávali vďaka výmene akýchsi balíkov energie (kvánt) medzi elektrónmi a fotónmi.
Výskyt kvánt napokon ukázal, že svetlo na nanovlákne sa správalo nielen ako vlna, ale zároveň aj ako častica.
