Фізики відтворили відомий експеримент із подвійною щілиною, використовуючи час замість простору

Понад 200 років тому англійський вчений Томас Янг провів відомий тест, відомий як «експеримент з подвійними щілинами.” Він спрямував промінь світла на екран із двома щілинами й помітив, що світло, яке проходить крізь отвори, утворює візерунок із темних і яскравих смуг.

У той час вважалося, що експеримент демонструє, що світло — це хвиля. «Інтерференційний малюнок» спричинений світловими хвилями, які проходять через обидві щілини та взаємодіють одна з одною з іншого боку, утворюючи яскраві смуги, де піки двох хвиль збігаються, і темні смуги, де пік стикається з западиною, а обидва компенсуються. .

У 20 столітті фізики зрозуміли, що експеримент можна адаптувати, щоб продемонструвати, що світло поводиться не лише як хвиля, але й як частинка (яка називається фотоном). У квантово-механічній теорії ця частинка все ще має хвильові властивості, тому хвиля, пов’язана навіть з одним фотоном, проходить через обидві щілини та створює перешкоди.

У новому повороті класичного експерименту ми вчасно замінили щілини в екрані на «щілини» — і виявили новий тип інтерференційної картини. Наші результати були опубліковано цього тижня in Фізика природи.

Прорізи в часі

Наша команда на чолі з Ріккардо Сапієнца з Імперського коледжу Лондона пропустила світло через матеріал, який змінює свої властивості за фемтосекунди (квадрильйонні частки секунди), дозволяючи світлу проходити крізь нього лише в певний час у швидкій послідовності.

Ми все ще бачили інтерференційні візерунки, але замість того, щоб виявлятися як яскраві та темні смуги, вони виявлялися як зміни частоти або кольору променів світла.

Щоб провести наш експеримент, ми винайшли спосіб неймовірно швидко вмикати та вимикати відбивну здатність екрана. У нас був прозорий екран, який на дві короткі миті став дзеркалом, утворюючи еквівалент двох щілин у часі.

Колірна інтерференція

Отже, що ці щілини в часі роблять зі світлом? Якщо ми розглядаємо світло як частинку, фотон, надісланий на цей екран, може бути відбитий першим збільшенням відбивної здатності або другим і досягти детектора.

Однак хвильова природа процесу означає, що фотон у певному сенсі відбивається обома тимчасовими щілинами. Це створює перешкоди та змінний колір у світлі, яке досягає детектора.

Рівень зміни кольору залежить від того, як швидко дзеркало змінює свою відбивну здатність. Ці зміни мають відбуватися на часових шкалах, які можна порівняти з довжиною одного циклу світлової хвилі, яка вимірюється у фемтосекундах.

Електронні пристрої не можуть працювати достатньо швидко для цього. Тож нам довелося використовувати світло, щоб увімкнути та вимкнути відбивну здатність нашого екрана.

Ми взяли екран із оксиду індію-олова, прозорого матеріалу, який використовується в екранах мобільних телефонів, і зробили його відбиваючим за допомогою короткого імпульсу лазерного світла.

Від простору до часу

Наш експеримент є прекрасною демонстрацією хвильової фізики, а також показує, як ми можемо перенести такі поняття, як інтерференція, з області простору в область часу.

Експеримент також допоміг нам зрозуміти матеріали, які можуть точно контролювати поведінку світла в просторі та часі. Це матиме застосування в обробці сигналів і, можливо, навіть у комп’ютерах з електроживленням.

Ця стаття перевидана з Бесіда за ліцензією Creative Commons. Читати оригінал статті.

Зображення Фото: Тобіас Карлссон on Unsplash 

• Розповсюдження контенту та PR на основі SEO. Отримайте посилення сьогодні.
• Платоблокчейн. Web3 Metaverse Intelligence. Розширені знання. Доступ тут.
• джерело: https://singularityhub.com/2023/04/07/physicists-recreated-the-famous-double-slit-experiment-using-time-instead-of-space/