Konačno snimljena velika misterija kvantne fizike
Tim švajcarskih naučnika je po prvi u istoriji uspio da istovremeno snimi dvojnu - talasnu i čestičnu prirodu svjetlosti koju je početkom 20. veka razotkrila kvantna fizika.
Naučnici su bezuspešno pokušavali da to učine još od vremena Alberta Ajnštajna koji je 1905. objavio rad o tzv. fotoelektričnom efektu u kojem svjetlost izbija elektrone iz metalne ploče.
Neobičan efekat fizičar je objasnio idejom da svjetlost, koja se tada smatrala talasom, može djelovati i kao čestica - foton. Za to je 1922. dobio Nobelovu nagradu.
Prema kvantnoj mehanici svjetlost se istovremeno može ponašati i kao talas i kao čestica. To ne važi samo za foton, nego i za elementarne čestice poput elektrona, pa čak i masivne protone, sastavljene od više elementarnih čestica.
Ipak u svim dosadašnjim eksperimentima uvijek se manifestovala samo jedna od priroda svjetlosti. Ponekad bi ona pokazala svoja svojstva talasa, a ponekad čestice, ali nikada oba.
Ipak, stručnjaci s Politehničke škole u Lozani došli su na genijalnu ideju i osmislili radikalno drugačiji eksperimentalni pristup.
Njihov rezultat predstavljen je u novom broju časopisa Nature Communications.
U čemu je trik?
U novom eksperimentu švajcarski naučnici predvođeni Fabricijom Karbonom usmjerili su puls laserskog svjetla prema maloj metalnoj nanogici. Laser je dodavao energiju nabijenim česticama u nanogici i tako je podstakao da počne vibrirati. Svjetlost kroz nanogicu putuje u samo dva moguća pravca – od jednog kraja prema drugom i obratno.
Kada talasi putuju u suprotnim pravcima, oni djeluju jedan na drugi i stvaraju tzv. stojeći talas koji izgleda kao talas koji stoji u mjestu. Ponekad se takvi talasi mogu videti uz obale kada se susretnu talasi koji idu prema obali i oni koji se odbijaju od nje. U švajcarskom eksperimentu stojeći talas je postao izvor svjetlosti koja je zračila iz žice.
Sada slijedi poseban trik u eksperimentu: naučnici su žicu u kojoj je bio zarobljen stojeći talas zasuli mlazom elektrona kako bi napravili snimak. Kako su elektroni ulazili u interakcije sa svjetlom u nanogici, talas ih je ubrzavao ili usporavao, u zavisnosti od toga u koji dio talasa su udarili.
Pomoću ultrabrzog mikroskopa tim je uspio da snimi položaje na kojima je došlo do promjene u brzini elektrona. Na taj način dobili su snimak oblika stojećeg talasa.
Fotografija je potvrdila talasnu prirodu svjetlosti, ali istovremeno i demonstrirala njegovu prirodu kao čestice. Kako? Dok su elektroni prolazili pored stojećeg talasa u nanogici, udarali su u čestice svjetlosti, odnosno fotone. Ovi sudari jasna su potvrda da se svjetlost u nanogici ponaša kao čestica (pogledajte animaciju u videu).
Pratite nas na našoj Facebook i Instagram stranici i Twitter nalogu.
