Дуалістична природа світла — одна з найзагадковіших тем сучасної фізики, яка вже понад століття викликає жваві суперечки серед науковців. Ще у 1927 році між Альбертом Ейнштейном і Нільсом Бором виникла дискусія щодо того, чи можливо спостерігати світло одночасно як хвилю та як частинку. Новий прорив у цій сфері здійснила команда фізиків з Массачусетського технологічного інституту (MIT), яка провела унікальний експеримент, використавши інноваційний підхід до класичного досліду Юнга з двома щілинами.
Про це розповідає ProIT
Унікальний експеримент із «замороженими» атомами
Науковці MIT замість традиційних фізичних щілин застосували ультрахолодні атоми, охолоджені до температур, близьких до абсолютного нуля. За допомогою лазерів понад 10 тисяч атомів були впорядковані у чітку кристалоподібну решітку, де кожен атом виступав ізольованим аналогом щілини. Така структура дозволила досягти небувалої точності, адже кожен атом міг розсіювати не більше одного фотона, що імітує взаємодію світла на рівні частинок і хвиль.
«Фізики з Массачусетського технологічного інституту підтверджують, що, як і Супермен, світло має дві особи, які неможливо побачити одночасно», — зазначають дослідники за результатами експерименту.
Докази на користь квантової механіки
Коли слабкий промінь світла проходив крізь атомну решітку, вчені могли спостерігати, як поодинокі атоми взаємодіють із сусідами, що дозволяло визначити, чи поводиться світло як хвиля, чи як частинка. Виявилося, що чим точніше фізики фіксували траєкторію фотона (підтверджуючи його корпускулярну природу), тим більше затухала інтерференційна картина, характерна для хвиль. Це ще раз підтвердило ключовий принцип квантової механіки — отримання інформації про маршрут фотона автоматично стирає його хвильову природу.
Професор Вольфганг Кеттерле, керівник дослідження, наголосив, що створена ними решітка — це найменші «щілини», які тільки можна уявити, і такий експеримент дозволяє дослідити фундаментальні властивості світла із безпрецедентною точністю.
Завдяки регулюванню лазерного променя вченим вдалося контролювати «розмитість» атомних щілин, що впливало на кількість інформації про траєкторію фотона. Результати дослідження повністю співпали з теоретичними передбаченнями і остаточно підтвердили позицію Бора щодо дуалістичної природи світла.
Наукова стаття з детальним описом експерименту та висновками опублікована у журналі Physical Review Letters.