物理学者は、空間の代わりに時間を使用して有名な二重スリット実験を再現しました

200年以上前、英国の科学者トーマス・ヤングは、「ダブルスリット実験」 彼は、XNUMX つのスリットが入ったスクリーンに光線を当て、開口部を通過した光が暗い帯と明るい帯のパターンを形成することを観察しました。

当時、実験は光が波であることを証明するものと理解されていました。 「干渉パターン」は、光波が両方のスリットを通過し、反対側で互いに干渉することによって引き起こされ、XNUMX つの波の山が一列に並ぶ明るい帯と、山と谷が出会い XNUMX つが相殺される暗い帯を生成します。 .

20 世紀になると、物理学者はこの実験を応用して、光が波のように振る舞うだけでなく、粒子 (光子と呼ばれる) のようにも振る舞うことを実証できることに気付きました。 量子力学的理論では、この粒子は依然として波動特性を持っているため、単一の光子に関連する波動でも両方のスリットを通過し、干渉を引き起こします。

古典的な実験に新たなひねりを加えて、スクリーンのスリットを時間の「スリット」に置き換え、新しい種類の干渉パターンを発見しました。 私たちの結果は 今週公開 in 自然物理学。

時間の切れ目

インペリアル カレッジ ロンドンの Riccardo Sapienza が率いる私たちのチームは、フェムト秒 (XNUMX 分の XNUMX 秒) で特性を変化させる材料を通して光を放ち、特定の時間にのみ光を連続して通過させました。

干渉パターンはまだ見られましたが、明るい部分と暗い部分の帯として現れるのではなく、光線の周波数または色の変化として現れました。

実験を行うために、スクリーンの反射率を信じられないほど素早くオン/オフする方法を考案しました。 XNUMX つの短い瞬間に鏡になる透明なスクリーンがあり、時間内に XNUMX つのスリットに相当します。

色の干渉

では、これらの時間の切れ目は、光に対して何をするのでしょうか? 光を粒子と考えると、このスクリーンで送られた光子は、反射率の最初の増加または XNUMX 番目の増加によって反射され、検出器に到達する可能性があります。

ただし、プロセスの波の性質は、光子がある意味で両方の時間スリットによって反射されることを意味します。 これにより、干渉が発生し、検出器に到達する光にさまざまな色のパターンが生じます。

色の変化量は、ミラーが反射率を変化させる速度に関連しています。 これらの変化は、フェムト秒で測定される光波の単一サイクルの長さに匹敵するタイムスケールでなければなりません。

電子デバイスは、これに十分な速さで機能することはできません。 そのため、スクリーンの反射率のオンとオフを切り替えるために光を使用する必要がありました。

携帯電話の画面に使用される透明な材料であるインジウムスズ酸化物の画面を取り、レーザー光の短いパルスで反射させました。

空間から時間へ

私たちの実験は、波動物理学の美しいデモンストレーションであり、干渉などの概念を空間のドメインから時間のドメインにどのように移すことができるかを示しています。

この実験は、空間と時間における光の振る舞いを細かく制御できる物質を理解するのにも役立ちました。 これは、信号処理や、おそらく光駆動型コンピューターにも応用されるでしょう。

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画像のクレジット： トビアス・カールソン on Unsplash 

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• 情報源： https://singularityhub.com/2023/04/07/physicists-recreated-the-famous-double-slit-experiment-using-time-instead-of-space/