Учёные засняли свет одновременно в виде частицы и волны

Корпускулярно-волновой дуализм света является устоявшимся принципом современной физики, однако не все связанные с ним тайны были раскрыты. Такой подход к пониманию устройства Вселенной был введён Альбертом Эйнштейном и Максом Планком, став основой квантовой механики. Физики стремились увидеть свет в обеих формах с тех самых пор, но до сих пор им это не удавалось. Специалисты из Швейцарского федерального технологического института в Лозанне (EPFL) рассказывают, что смогли провести эксперимент, сфотографировав свет как в виде частицы, так и волны.

Новизна учения Эйнштейна в исследовании света заключается в описании фотоэлектрического эффекта. Ультрафиолетовый свет падает на поверхность металла, это приводит к эмиссии электронов. Эйнштейн объяснил это тем, что свет может действовать как частица, а не только как волна. Теперь мы знаем эти частицы как фотоны, но этот термин был придуман позже. Последующие эксперименты подтвердили двойственную природу света, однако увидеть оба состояния одновременно было непосильной задачей. Физики во главе с Фабрицио Карбоне сумели решить данную загадку.

Эксперимент начался с воздействия на металлическую нанопроволоку лазерных импульсов. Лазер активировал частицы нанопроволоки, заставляя энергию передаваться туда и обратно по всей длине нанопроволоки. Это позволяло задержать свет в волновом состоянии и дало источник света для эксперимента. Существуют множество способов наблюдения за этой системой и получения результата, который показывает свет в виде волны, но исследователи из EPFL хотели увидеть его и в виде частиц. Для появления фотонов они выпускали поток электронов на провода и смотрели на полученное сочетание.

Когда электроны проходят нанопроволоку, часть из них взаимодействуют с фотонами в постоянной волне. Высокочувствительный микроскоп использовался для наблюдения за нанопроволокой в поиске электронов, ускоренных или замедленных в результате данной реакции. Это изменение в скорости можно измерить как обмен пакетами энергии, или кванты. Микроскоп использовался для отображения местоположений, где обмен пакетами энергии происходил вдоль проводов, в результате было получено представленное изображение.

Это прямое свидетельство квантовой природы света может оказаться полезным и за пределами лаборатории. Изучение квантовой механики может пригодится при развитии квантовых компьютеров. Квантовая вселенная всё ещё сложна для понимания, но данная работа может приблизить момент этого понимания в будущем.