Füüsikud lõid uuesti kuulsa topeltpiluga katse, kasutades ruumi asemel aega

Rohkem kui 200 aastat tagasi viis inglise teadlane Thomas Young läbi kuulsa testi, mida tuntakse kui "kahe piluga katse.” Ta paistis valgusvihuga ekraanile, millel oli kaks pilu, ja täheldas, et läbi avade läbinud valgus moodustas tumedate ja heledate ribade mustri.

Sel ajal arvati, et katse näitas, et valgus on laine. "Häiremustrit" põhjustavad valguslained, mis läbivad mõlemat pilu ja häirivad teineteist teisel pool, tekitades eredaid ribasid, kus kahe laine tipud joonduvad, ja tumedaid ribasid, kus tipp kohtub lohuga ja need kaks tühistavad. .

20. sajandil mõistsid füüsikud, et katset saab kohandada näitamaks, et valgus ei käitu mitte ainult laine, vaid ka osakesena (nimetatakse footoniks). Kvantmehaanilise teooria kohaselt on sellel osakesel endiselt laineomadused - nii et isegi ühe footoniga seotud laine läbib mõlemad pilud ja tekitab häireid.

Klassikalise katse uue pöördena asendasime ekraanil olevad pilud õigel ajal "piludega" ja avastasime uut tüüpi häirete mustri. Meie tulemused olid avaldatud sel nädalal in Loodusfüüsika.

Pilud ajas

Meie meeskond, mida juhtis Riccardo Sapienza Londoni Imperial College'ist, tulistas valgust läbi materjali, mis muudab selle omadusi femtosekundites (sekundi kvadriljonid), võimaldades valgusel läbida ainult teatud aegadel ja järjest.

Nägime endiselt interferentsimustreid, kuid selle asemel, et neid näha heledate ja tumedate ribadena, ilmnesid need valguskiirte sageduse või värvi muutustena.

Eksperimendi läbiviimiseks mõtlesime välja viisi, kuidas ekraani peegelduvust uskumatult kiiresti sisse ja välja lülitada. Meil oli läbipaistev ekraan, millest sai kaheks lühikeseks hetkeks peegel, luues ajas võrdväärse kahe piluga.

Värvi häired

Mida need ajapilud siis valgustamiseks teevad? Kui mõelda valgusele kui osakestele, võib sellele ekraanile saadetud footon peegelduda esimesel või teisel peegelduvuse suurenemisel ja jõuda detektorini.

Protsessi laineline olemus tähendab aga seda, et footon peegeldub teatud mõttes mõlemas ajalises pilus. See tekitab häireid ja detektorini jõudvas valguses erinevat värvimustrit.

Värvuse muutumise määr on seotud sellega, kui kiiresti peegel muudab oma peegeldust. Need muutused peavad toimuma ajaskaalal, mis on võrreldav valguslaine ühe tsükli pikkusega, mida mõõdetakse femtosekundites.

Elektroonilised seadmed ei saa selleks piisavalt kiiresti töötada. Seega pidime oma ekraani peegelduvuse sisse- ja väljalülitamiseks kasutama valgust.

Võtsime indiumtinaoksiidist ekraani, läbipaistvast materjalist, mida kasutatakse mobiiltelefonide ekraanidel, ja muutsime selle lühikese laservalguse impulsiga peegeldavaks.

Ruumist aega

Meie katse on ilus lainefüüsika demonstratsioon ja näitab ka seda, kuidas saame selliseid mõisteid nagu interferents ruumivaldkonnast aja valdkonda üle kanda.

Eksperiment on aidanud meil mõista ka materjale, mis suudavad valguse käitumist ruumis ja ajas täpselt kontrollida. Sellel on rakendused signaalitöötluses ja võib-olla isegi valgusjõul töötavad arvutid.

See artikkel avaldatakse uuesti Vestlus Creative Commonsi litsentsi all. Loe algse artikli.

Image Credit: Tobias Carlsson on Unsplash 

• SEO-põhise sisu ja PR-levi. Võimenduge juba täna.
• Platoblockchain. Web3 metaversiooni intelligentsus. Täiustatud teadmised. Juurdepääs siia.
• Allikas: https://singularityhub.com/2023/04/07/physicists-recreated-the-famous-double-slit-experiment-using-time-instead-of-space/