Светлината проявява своята вълнова природа и в пространството, и във времето
(илюстрация: Imperial College London)
През 1801 година английският учен Томас Йънг първи показа, че светлината се държи като вълна в пространството. Сега, 222 години по-късно, физици от Имперски колеж Лондон успяха да докажат с експеримент, че светлината се държи като частица и вълна не само в пространството, но и във времето, т.е. потвърждават нейната квантова природа.
В експеримента на Йънг светлината преминава през два съседни тесни процепа. На екрана зад прорезите се появява цяла поредица от щрихи, което се обяснява с вълновите свойства на светлината – вълните от двата процепа си взаимодействат помежду си и или се засилват взаимно, или се гасят взаимно с различна степен на интензивност. По този начин е доказана вълновата природа на светлината при разпространение в пространството.
Но доказването на вълновите свойства на светлината във времето се оказа много по-сложно. Скоростта на светлината е твърде висока за експеримента и дори се пренебрегва при изчисленията. Прието е като правило, че светлината във времето се държи като частица. Най-сетне група физици успяха да пресъздадат експеримент с двоен процеп, който доказа вълновата природа на светлината във времето.
В новия експеримент са направени два процепа от популярен материал – 40-нм филм от индиев калаен оксид (използван в дисплеите на смартфони, например). Филмът е нанесен върху стъклен субстрат, покрит със 100-нм слой злато. Предложеният „прорез” играе ролята на огледало, което променя отразяващите си свойства от 8% на 60% при сигнал (след подаване на импулс), разказва за експеримента SciTechDaily.
Скоростта на превключване на прорезните огледала e феноменална – няколко фемтосекунди. Оказа се, че е възможно да се наблюдават процесите на светлинна интерференция във времето – вълните си взаимодействат след преминаване през процепите и се засилват или гасят взаимно, но това се случва не в пространството, а във времевата скала.
Прорезите действат като затвори на фотоапарат, които сработват с такава скорост, че само част от вълната преминава през тях всеки път. Това ще позволи, например, измерване на свойствата на светлината в един период на вълната.
Този експеримент отваря пътя към нова спектроскопия и ще бъде полезен при изучаване на астрофизични явления, например черни дупки. Също така, времевата интерференция на светлината е нова възможност в областта на квантовите изчисления и дори в областта на конвенционалната фотоника – в оптичните интерфейси или процесори.