Как физики потрогали свет

Как физики потрогали свет

Исследователи из Франции провели эксперимент, в котором свет одновременно проявляет свойства частицы и волны.

С XVII века физики спорили о том, что такое свет. В одних случаях свет имеет свойства волн, а в других ведет себя как частица. Горячие споры между именитыми физиками о природе света приутихли после становления квантовой механики, которая заявила, что свет – это и частица, и волна одновременно. И если со светом все более-менее стало ясно, то новым яблоком раздора в научном мире стала сама квантовая механика, правда, это уже совсем другая история.

Обмен энергией фотонов с электронами позволил «сфотографировать» стоячую волну электромагнитного излучения на поверхности тонкой серебряной проволочки. Фото: EPFL

Физики провели множество экспериментов со светом, однако в каждом из них можно было наблюдать свет или как волну, или как частицу. Свойства частиц свет проявляет, например, в явлении фотоэффекта – выбивании электронов из металла световым квантом. Это явление используется в элементах солнечных батарей, питающих электрической энергией калькуляторы и аппаратуру спутников. А вот когда мы видим разноцветные пятна на воде, покрытой масляной пленкой, это проявление классического волнового поведения – интерференции. Физики из федеральной политехнической школы Лозанны впервые поставили эксперимент, в котором смогли заставить свет одновременно проявить свойства как частицы, так и волны.

Для этого они взяли кусок очень тонкой серебряной проволоки диаметром всего 50 нанометров и осветили его очень короткой фемтосекундной лазерной вспышкой. Взаимодействие квантов света лазера с электронами в металле приводит к возникновению специфических колебаний электронов (поверхностных плазмонных поляритонов). Их энергия состоит частично из электромагнитной энергии фотонов, и частично – из энергии собственных возмущений электронов. Получается, что свет как бы «застревает» в этой металлической проволоке и начинает перемещаться вдоль ее поверхности. При этом волна, дойдя до конца проволоки, отражается и идет обратно, до другого конца. Такие волны, гуляющие по проволоке в разных направлениях, накладываются друг на друга и образуют стоячую волну. Такой же эффект возникает на поверхности воды, налитой в стакан, если его поставить на вибрирующую поверхность. Тогда на поверхности образуется рябь, которую образуют волны, отражающиеся от стенок стакана. Итак, французские физики поймали свет в виде волны и заставили ее «встать» в серебряной проволоке. А как теперь «потрогать» пойманные фотоны и доказать, что это не просто волны, но и частицы?

Тут исследователям помогли другие элементарные частицы – электроны, поток которых отправляли вслед за лазерной вспышкой. Электроны, пролетая мимо проволоки, взаимодействовали со стоячей волной, точнее, с фотонами, и обменивались с ними энергией. Изначально все электроны имели одинаковую энергию, а значит, летели с одной и той же скоростью. После того, как они обменялись квантами энергии с фотонами, часть из электронов полетела быстрее – они получили дополнительную энергию, а часть затормозилась – энергию у них «отобрали» фотоны. Теперь осталось пропустить этот неоднородный поток электронов, несущий в себе информацию о фотонах в проволоке, сквозь энергетический фильтр, и получить фотографию стоячей волны.

Так физики показали, что, с одной стороны, свет – это волна, заключив его в металлическую проволоку, и в то же время, что свет не потерял способность быть частицей – электроны сталкивались с фотонами, обмениваясь с ними энергией. Кстати, как раз за открытие эффекта неупругого рассеяния рентгеновского излучения на свободных электронах, почти сто лет назад, в 1927 году американский физик Артур Комптон был удостоен Нобелевской премии. Именно это рассеяние фотонов света на электронах и назвали в его честь Комптоновским рассеянием.

По материалам EPFL и Nature Communications

Автор: Максим Абаев

Подробнее см.: http://www.nkj.ru/news/25962/ (Наука и жизнь, Как физики потрогали свет)
Ещё по теме:
1. Время

Комментарии

Комментарии не найдены ...
Добавлять комментарии могут только
зарегистрированные пользователи!
 
Имя или номер: Пароль:
Регистрация » Забыли пароль?
квантовая физика 4 электромагнетизм 3 лиго 4 эффект доплера 4 луна 3 комплексное запаздывание 3 бог 78 любовь 77 разум 6 рассудок 3 ум 11 россия 3 интернет 3 троица 75 теория относительности 4 горизонт событий 3 гравитационные волны 6 гравитация 5 ложность релятивизма 4 ото 4 дети 3 энергия 3 благодать 4 математика 4 сто 11 спасение 3 время 5 пространство 4 крест 3 дифракция 3 химия 5 воля 4 золотое сечение 3 космос 4 марс 3 истина 5 эфир 5 классическая физика 4 майкельсон 3 преобразования лоренца 4 христос 4 логика 3 видео 7 эфирный ветер 4 отец 4 святой дух 3 сын 4 вода 3 дух святой 3 иисус христос 12 путь 3 искусственный интеллект 5 человек 6 гипотеза 3 наука 4 gps 3 квантовая механика 4 черные дыры 3 большой адронный коллайдер 4 решение 4 мир 3 история 3 космология 3 физика 3 эксперименты 3 лечение рака в израиле 3 методы лечения рака в израиле 3 биография 4 история открытия 3 темная энергия 3 погрешность 3 метрология 3 измерения 5
 
© decoder.ru 2003 - 2023, создание портала - Vinchi Group & MySites
ЧИСТЫЙ ИНТЕРНЕТ - logoSlovo.RU