Вход / Регистрация
25.04.2024, 13:37
Выбор фона:
14.07.2015
Фотон сфотографирован одновременно как частица и волна
В 1905 году Альберт Эйнштейн, наблюдая фотоэлектрический эффект, при
котором атомы некоторых металлов испускают свободные электроны под
воздействием падающего на них света, пришел к выводу о том, что луч
света является не просто волной электромагнитного излучения, он состоят
из дискретных "энергетических волновых пакетов", называемых фотонами.
Впоследствии этот принцип был принят в физике, но до последнего времени никому еще не удавалось непосредственно наблюдать так называемый дуализм, одновременное обладание свойствами волны и частицы, фотона света. А недавно, ученые из Швейцарского федерального политехнического университета Лозанны (Swiss Ecole Polytechnique Federale de Lausanne, EPFL), Швейцария, в ходе достаточно сложного эксперимента впервые в истории получили снимок этого явления.
В своем эксперименте группа, возглавляемая профессором Фабрицио Карбоне (Fabrizio Carbone), использовала чрезвычайно короткий импульс света фемтосекундного лазера, направленный на крошечные серебряные нанопроводники, расположенные на поверхности графена, который выступал в роли электрического изолятора. Лазерный свет накачивал энергией эту систему, которая воздействовала на заряженные частицы в нанопроводниках, заставляя их вибрировать, в результате чего нанопроводник превратился в квазиодномерную плазмонную наноантенну.
Другими словами, серебряный нанопроводник действовал как крошечная антенна, излучающая пакеты электромагнитных волн, характеристики которых зависели от характеристик света лазерного возбуждения. За счет такого взаимодействия между материей и светом, лазерный свет начинал колебаться между двумя концами наноантенны, что привело к появлению так называемых плазмоных поляритонов, электромагнитных волн, которые распространяются вдоль поверхности перехода металл-воздух или металл-диэлектрик.
Свет, попавший в область поляритона, начал распространяться в двух противоположных направлениях. Отразившись от концов нанопроводника, этот свет пересекся возле его середины, сформировав стоячую волну. Эта стоячая волна, опоясывающая середину нанопроводника, и стала источником света, используемого в эксперименте. После этого исследователи нацелили луч электронов в область стоячей волны света вокруг нанопроводника. Когда электроны попадали в эту область, они сталкивались с отдельными фотонами света, ускоряясь в результате приобретения энергии от столкновения, или замедляясь в результате потери части энергии.
Затем, при помощи специального фильтра, ученые выбрали только те электроны, которые ускорились, т.е. приобрели дополнительную энергию в результате столкновения с фотонами. Луч отфильтрованных электронов был сфокусирован на датчике инструмента сверхскоростной электронной микроскопии (UTEM, ultrafast transmission electron microscopy), который создал изображение, визуализирующее множество энергетических состояний попадающих в него электронов. И через некоторое время инструмент UTEM воссоздал полную картину стоячей волны, делая видимой саму физическую природу волны света.
Одновременно с этим, полученное изображение "высветило" корпускулярную сторону природы света, демонстрируя, что изменения в скорости взаимодействующих с фотонами электронов имеют также дискретизированный характер, соответствующий "квантам" энергии, передаваемым от фотонов к электронам. Это, в свою очередь, послужило доказательством тому, что свет, движущийся по поверхности нанопроводника, ведет себя как частицы.
"Наш эксперимент доказывает, что мы имеем возможность увидеть непосредственно квантовую механику и ее парадоксальный характер" - рассказывает профессор Карбоне, - "Возможность увидеть и контролировать квантовые явления на субнанометровом масштабе открывает для нас совершенно новую дорогу на пути к реализациям технологий квантовых вычислений".
Впоследствии этот принцип был принят в физике, но до последнего времени никому еще не удавалось непосредственно наблюдать так называемый дуализм, одновременное обладание свойствами волны и частицы, фотона света. А недавно, ученые из Швейцарского федерального политехнического университета Лозанны (Swiss Ecole Polytechnique Federale de Lausanne, EPFL), Швейцария, в ходе достаточно сложного эксперимента впервые в истории получили снимок этого явления.
В своем эксперименте группа, возглавляемая профессором Фабрицио Карбоне (Fabrizio Carbone), использовала чрезвычайно короткий импульс света фемтосекундного лазера, направленный на крошечные серебряные нанопроводники, расположенные на поверхности графена, который выступал в роли электрического изолятора. Лазерный свет накачивал энергией эту систему, которая воздействовала на заряженные частицы в нанопроводниках, заставляя их вибрировать, в результате чего нанопроводник превратился в квазиодномерную плазмонную наноантенну.
Другими словами, серебряный нанопроводник действовал как крошечная антенна, излучающая пакеты электромагнитных волн, характеристики которых зависели от характеристик света лазерного возбуждения. За счет такого взаимодействия между материей и светом, лазерный свет начинал колебаться между двумя концами наноантенны, что привело к появлению так называемых плазмоных поляритонов, электромагнитных волн, которые распространяются вдоль поверхности перехода металл-воздух или металл-диэлектрик.
Свет, попавший в область поляритона, начал распространяться в двух противоположных направлениях. Отразившись от концов нанопроводника, этот свет пересекся возле его середины, сформировав стоячую волну. Эта стоячая волна, опоясывающая середину нанопроводника, и стала источником света, используемого в эксперименте. После этого исследователи нацелили луч электронов в область стоячей волны света вокруг нанопроводника. Когда электроны попадали в эту область, они сталкивались с отдельными фотонами света, ускоряясь в результате приобретения энергии от столкновения, или замедляясь в результате потери части энергии.
Затем, при помощи специального фильтра, ученые выбрали только те электроны, которые ускорились, т.е. приобрели дополнительную энергию в результате столкновения с фотонами. Луч отфильтрованных электронов был сфокусирован на датчике инструмента сверхскоростной электронной микроскопии (UTEM, ultrafast transmission electron microscopy), который создал изображение, визуализирующее множество энергетических состояний попадающих в него электронов. И через некоторое время инструмент UTEM воссоздал полную картину стоячей волны, делая видимой саму физическую природу волны света.
Одновременно с этим, полученное изображение "высветило" корпускулярную сторону природы света, демонстрируя, что изменения в скорости взаимодействующих с фотонами электронов имеют также дискретизированный характер, соответствующий "квантам" энергии, передаваемым от фотонов к электронам. Это, в свою очередь, послужило доказательством тому, что свет, движущийся по поверхности нанопроводника, ведет себя как частицы.
"Наш эксперимент доказывает, что мы имеем возможность увидеть непосредственно квантовую механику и ее парадоксальный характер" - рассказывает профессор Карбоне, - "Возможность увидеть и контролировать квантовые явления на субнанометровом масштабе открывает для нас совершенно новую дорогу на пути к реализациям технологий квантовых вычислений".
Комментарии 9
|
0  
drula13
15.07.2015 00:11
[Материал]
.. вы все забываете о времени. при скорости света, время, по отношению к нам, равно нулю. при "нулевом" времени, никакая материя (как материя), по отношению к нам, существовать не может. вот и получаем - луч или радугу (как размытое до бесконечности изображение на фото). где материя (по отношению к нам) занимает не одну, а более координат, в минимальный отрезок времени, т.е. существует одновременно и тут и там. парадокс..
|
|
0 |
|
|
0
drula13
15.07.2015 03:14
[Материал]
.. теория относительности правильна лишь относительно двух объектов и на плоскости, но она работает. поэтому и относительно нас.. мы (находясь в состоянии относительного покоя) каждую секунду "выписываем" в пространстве-времени такой протуберанец (относительно центра вселенной), причём со скоростью ой-ой, что скорость течения времени, для нас, так же относительна того же центра масс..
p.s. за магнитосферой солнца (дальше от центра масс солнечной системы) время идёт быстрее. потому и "вояджеры" (по отношению к нам) "ускорились". поэтому и расширение вселенной (по отношению к нам) - "ускоряется".. p.s.p.s. время "гнётся" и может то, что мы считаем "вперёд", на самом деле - "назад"? |
|
|
0
Poker_Pet
16.07.2015 17:38
[Материал]
вы исходите из такой массы сомнительных аксиом, что мне трудно следовать за вашими рассуждениями.
Расширяющаяся вселенная  для меня это уже моветон Я ведь могу также сказать, что пространства больше нет, как такого - есть либо вещь, либо свободное место, которое эта вещь может занять. Была когда-то Пустота, но "вещи" уже заняли её место и она лишь подразумевается, как нулевой слой в фотошопе. А всё что перед нами расстилается это время, и оно искажается рядом с крупными объектами. Во времени летают планеты. Время - это движение, изменение, поэтому планеты и кружатся - чтобы время шло. Они перемещаются в нём, поэтому оно течёт.Планеты, как иголка на теле огромной чёрной пластинки - воспроизводят музыку событий и жизни. Мы лишь вибрация нашей планеты, так она звучит, или по-крайней мере так звучит трек (орбита), которую она проходит (проигрывает). Но я не отнимаю у человеческого сознания возможности свободного волеизъявления. Теоритическая физика не может построить общую модель, это дело философии, объять самое очевидное и ускользающее и выразить это в понятии. |
|
|
0
drula13
22.07.2015 12:59
[Материал]
.. долго изучая "вещи", люди поняли, что они на 99,999999 состоят из "свободного места" и усомнились в самом понимании материальности (E=mc^2). оказалось луч света - проэкция "вещи" в "свободном месте", а электричество, магнетизм - тоже материя, только особого рода, и вообще "свободное место" - далеко не свободное, и очень связано с временем (как магнетизм с электричеством). однако это разные величины (измерения). например экипаж "апполона", долетевши до луны, изменил свои координаты в пространстве, но не во времени. с помощью времени, наше сознание определяет, что было до , а что после, т.е. что причина, а что - следствие. мы ограничены временем, а не пространством и это даёт нам повод задуматься о бренности бытия и бесконечности вселенной.
|
|
0 |
|
0
Alexei2012
14.07.2015 16:55
[Материал]
 Частица, волна … Но вот недавно экспериментально показано на гигантском интерферометре, что фотоны и не волны и не частицы, а «тени» чего-то третьего. Возможно, по струнной - (М) – теории – свет есть рябь на поверхности мембраны 5-го измерения. http://www.newscientist.com/article....ns.html Так что с фотографиями будет «там» не просто …. |
|
|
+1
Poker_Pet
14.07.2015 14:45
[Материал]
"...мы имеем возможность увидеть непосредственно квантовую механику..."
Врут и не краснеют, квантовую механику они увидели и фотон. И главное без всяких средств, непосредственно))) Каждая фотография это картина нарисованная светом)) хотите сфотографировать наименьшую "частицу" света? У вас светосилы-то на объективе хватит? понятно, что речь идёт об фиксации этой частицы в разных частотных диапазонах, тогда зачем говорить - "сфотографировали", получили снимок? И где фотокарточка?) ps.имхо, это вообще полная профанация. Учёные выбрали электроны - вот тут я бы ставил точку. Они уже видят электроны, зачем им эти эксперименты?! Кто пишет этот бред? |
Разговоры у камина
Новое на форуме
Последние комментарии
Архив записей
Мы в соцсетях
