Un experiment revoluționar dezvăluie că lumina poate traversa golurile în timp
Fizica cuantică este tărâmul ciudățeniilor. Iar una dintre cele mai ciudate descoperiri din acest domeniu este, de asemenea, una dintre cele mai fundamentale. Particulele lansate spre bariere cu două fante în ele pot acționa ca niște unde și pot trece prin ambele deschideri simultan.
Timp de peste 200 de ani, „experimentele cu fantă dublă” au dezvăluit că particulele se pot comporta ca niște unde, fie că sunt fotoni, electroni, neutroni, atomi sau chiar molecule formate din 2.000 de atomi. Acum, oamenii de știință au împins limitele și mai departe.
Într-o nouă versiune a experimentului, oamenii de știință au făcut ca lumina să treacă prin goluri nu în spațiu, ci în timp.
Descoperirile, publicate în revista Nature Physics, ar putea duce la noi modalități neobișnuite de a controla lumina, cum ar fi cristalele fotonice de timp – ceva care creează modele în timp cu ajutorul luminii – pentru potențiale aplicații în computerele cuantice.
Lumina călătorește în unde
Confuzia cu privire la faptul că lumina este o undă sau o particulă datează de secole. În secolul al XVIII-lea, Isaac Newton a susținut că lumina era compusă din particule, în timp ce fizicianul și astronomul olandez contemporan al acestuia, Christiaan Huygens, a sugerat că lumina călătorește în unde.
Faima lui Newton a făcut ca punctul său de vedere să domine fizica timp de aproximativ o sută de ani. Apoi, în 1801, polimatul britanic Thomas Young a conceput experimentul cu două fante. Testele sale au arătat că lumina care străbate o barieră cu două fante paralele foarte apropiate poate genera benzi repetate de lumină și întuneric pe un perete de pe cealaltă parte.
Acest lucru este ceea ce ne-am putea aștepta de la undele care se suprapun – acolo unde se întâlnesc vârfurile undelor, acestea se întăresc reciproc, dar acolo unde se întâlnesc un vârf și o depresiune, acestea se anulează reciproc, rezultând o serie de benzi de mai multă și mai puțină lumină. Dar în 1905, Albert Einstein a descoperit că lumina se poate comporta și ca niște particule.
Fizica cuantică a dezvăluit ulterior că lumina este atât particulă, cât și undă, nu doar una sau alta. Această dualitate particulă-undă se aplică tuturor particulelor și undelor cunoscute – practic, Huygens și Newton aveau amândoi dreptate, într-o anumită măsură.
Oamenii de știință au folosit un material care se găsește în ecranele telefoanelor
Oamenii de știință au experimentat cu oxidul de indiu și staniu, un material transparent conducător de electricitate care se găsește în mod obișnuit în ecranele tactile ale telefoanelor mobile. Atunci când un puls laser intens atinge un strat subțire din acest compus, acesta devine o oglindă pentru o fracțiune mică de secundă.
Versiunea clasică a experimentului cu două fante folosește două deschideri într-o barieră fizică prin care lumina se strecoară, acest nou dispozitiv ar putea schimba gradul de reflexie a luminii. Cercetătorii au numit aceste mici deschideri temporare din material „fante temporale”.
Pentru a genera modele de interferență de la o fantă dublă în timp, dispozitivul folosit de fizicieni trebuie să își schimbe extraordinar de rapid reflectivitatea, pe scări de timp comparabile cu viteza la care oscilează lumina – câteva femtosecunde, sau cvadrilionimi de secundă, scrie Inverse.
„Dacă întreaga istorie a Universului, de la Big Bang până în momentul în care citiți aceste rânduri, ar fi de o secundă, o oscilație a luminii ar dura doar echivalentul unei singure zile”, a declarat pentru Inverse autorul principal al studiului, Romain Tirole, fizician la Imperial College London.
Cercetătorii au desfășurat propria lor versiune de experiment
Oamenii de știință au descoperit că un fascicul de lumină care trece prin astfel de fante temporale se difractează sau se împrăștie într-un număr de frecvențe sau culori de lumină. Aceste frecvențe diferite ar putea să interfereze între ele, întărind sau slăbind unele dintre ele pentru a genera un model de interferență, la fel cum face lumina în experimentul clasic cu două fante. „Am fost foarte surprinși de cât de clar a apărut pe detectoare”, spune Tirole despre model.
Dovezile pe care cercetătorii le-au detectat ale acestei difracții au fost mult mai puternice decât se așteptau. Acest lucru sugerează că oxidul de indiu-staniu are o viteză de comutare „de 10 până la 100 de ori mai rapidă decât se credea anterior, ceea ce permite un control mult mai puternic al luminii”, spune Tirole.
Acest lucru sugerează că există noi caracteristici despre interacțiunile acestui material cu lumina care „încă trebuie descoperite și exploatate”.
Vă recomandăm să mai citiți și:
Oamenii de știință sunt tot mai aproape de a manipula „lumina cuantică”
Cercetătorii au creat senzorul de lumină „imposibil” cu o eficiență de 200%
Medicamentele controlate de lumină ar putea oferi terapii precise împotriva cancerului