Fyysikot loivat uudelleen kuuluisan kaksoisrakokokeen käyttämällä aikaa tilan sijaan

Julkaissut Platon

seuraajia: 0

Yli 200 vuotta sitten englantilainen tiedemies Thomas Young suoritti kuuluisan testin, joka tunnetaan nimellä "kaksoisrako kokeilu.” Hän loisti valonsäteen näyttöön, jossa oli kaksi rakoa, ja havaitsi, että aukkojen läpi kulkeva valo muodosti tummien ja kirkkaiden vyöhykkeiden kuvion.

Tuolloin kokeen katsottiin osoittavan, että valo oli aalto. "Häiriökuvio" johtuu valoaalloista, jotka kulkevat molempien rakojen läpi ja häiritsevät toisiaan toisella puolella, tuottaen kirkkaita vyöhykkeitä, joissa kahden aallon huiput ovat linjassa, ja tummia vyöhykkeitä, joissa huippu kohtaa aallon ja kaksi kumoavat .

20-luvulla fyysikot ymmärsivät, että kokeilua voitaisiin mukauttaa osoittamaan, että valo ei toimi vain aallon, vaan myös hiukkasen (kutsutaan fotoniksi). Kvanttimekaanisessa teoriassa tällä hiukkasella on edelleen aalto-ominaisuuksia - joten jopa yhteen fotoniin liittyvä aalto kulkee molempien rakojen läpi ja aiheuttaa häiriöitä.

Klassisen kokeilun uudella käänteellä korvasimme näytön raot ajoissa "raoilla" ja löysimme uudenlaisen häiriökuvion. Tuloksemme olivat julkaistu tällä viikolla in Luonnofysiikka.

Raikoja ajassa

Tiimimme, jota johti Riccardo Sapienza Lontoon Imperial Collegessa, ampui valoa materiaalin läpi, joka muuttaa sen ominaisuuksia femtosekunneissa (sekunnin kvadrillionosissa), jolloin valo pääsi kulkemaan läpi vain tiettyinä aikoina nopeasti peräkkäin.

Näimme edelleen häiriökuvioita, mutta sen sijaan, että ne näkyisivät kirkkaina ja tummina kaistaleina, ne ilmaantuivat valonsäteiden taajuuden tai värin muutoksina.

Kokeilun suorittamiseksi kehitimme tavan kytkeä näytön heijastavuus päälle ja pois päältä uskomattoman nopeasti. Meillä oli läpinäkyvä näyttö, josta tuli peili kahdeksi lyhyeksi hetkeksi, mikä vastasi kahta rakoa ajassa.

Värihäiriöt

Joten mitä nämä ajan raot tekevät valolle? Jos ajattelemme valoa hiukkasena, tällä näytöllä lähetetty fotoni saattaa heijastua ensimmäisellä heijastavuuden lisäyksellä tai toisella ja saavuttaa ilmaisimen.

Prosessin aaltollinen luonne kuitenkin tarkoittaa, että fotoni heijastuu tietyssä mielessä molemmista aikaraoista. Tämä aiheuttaa häiriöitä ja vaihtelevan värikuvion ilmaisimen saavuttavaan valoon.

Värin muutoksen määrä liittyy siihen, kuinka nopeasti peili muuttaa heijastuskykyään. Näiden muutosten on tapahduttava aikaskaalalla, joka on verrattavissa yhden valoaallon syklin pituuteen, joka mitataan femtosekunteina.

Elektroniset laitteet eivät voi toimia tarpeeksi nopeasti tätä varten. Joten meidän piti käyttää valoa näytön heijastavuuden kytkemiseksi päälle ja pois.

Otimme näytön indiumtinaoksidista, läpinäkyvästä materiaalista, jota käytetään matkapuhelinten näytöissä, ja teimme sen heijastavan lyhyellä laservalopulssilla.

Avaruudesta aikaan

Kokeemme on kaunis osoitus aaltofysiikasta ja osoittaa myös, kuinka voimme siirtää käsitteitä, kuten interferenssiä, avaruuden alueelta ajan alueelle.

Kokeilu on myös auttanut meitä ymmärtämään materiaaleja, jotka pystyvät hallitsemaan valon käyttäytymistä tilassa ja ajassa. Tällä on sovelluksia signaalinkäsittelyssä ja ehkä jopa kevytkäyttöisiä tietokoneita.

Tämä artikkeli julkaistaan uudelleen Conversation Creative Commons -lisenssin alla. Lue alkuperäinen artikkeli.

Kuva pistetilanne: Tobias Carlsson on Unsplash