Snopom elektrona po prvi put istovremeno snimljena dvojna priroda svetlosti
Tekst: Boris Klobučar
Foto: Fabricio Karbone/EPFL
Možda je simbolično što se baš u godini svetlosti dogodio ovako veliki trenutak za naučnike iz oblasti optike, nauke o svetlosti. Fabricio Karbone, fizičar u Ecole Polytechnique Federale de Lausanne zajedno sa svojim istraživačkim timom uspeo je da istovremeno ”uhvati”, odnosno uslika, dvojnu prirodu svetlosti, talasnu i čestičnu. Svoje rezultate naučnici su objavili u prestižnom naučnom časopisu Nature Communications.
Samo podsećanja radi, Albert Ajnštajn je u njegovom objašnjenju fotoelektričnog efekta, koje je dao 1905. godine, objasnio da se svetlost ponaša kao snop čestica određene energije. Dao im je ime ”kvanti”, postavio temelje kvantne mehanike i 1921. godine za ovo otkriće dobio Nobelovu nagradu. Do tada je važila teorija da je svetlost talas, što je tada, a i danas, savršeno objašnjavalo neke od prirodnih efekata svetlosti (inteferencija, refleksija…). Svetlost je, očigledno, dvojne prirode. Ali kako je slikati?
Tim iz Lozane je iskoristio jedan vrlo neobičan i pametan trik – ”slikao” je svetlost elektronima. Kako Fabricio Karbone opisuje eksperiment, oni su prvo kroz nano-žicu propustili snop iz pulsnog lasera, koji je pobudio naelektrisane čestice sredine, odnosno doveo im energiju i one su počele da vibriraju. U dobijenom eksperimentu, svetlost se kroz žicu kreće u oba smera. Kada se ovakva dva talasa sudare nastaje takozvani stojeći talas. Upravo je taj talas bio uslikani izvor svetlosti.
Karbone je zatim ovaj izvor stavio pod elektronski mikroskop visoke rezolucije i brzine, Advanced electron microscope, jedan od dva na planeti sa ovakvom konfiguracijom. Snop elektrona usmeren je na izvor svetlosti kako bi snimili stojeći talas. Elektroni u interakciji sa svelošću iz nano-žice ubrzavaju ili usporavaju, što sofisticirani mikroskop veoma efikasno može da meri. Kao rezultat dobijena je slika stojećeg talasa – dokaz da svetlost zaista jeste talas.
Ovim je međutim, indirektno dokazana i čestična priroda svetlosti. Elektroni u ”sudaru” sa paketima energije – kvantima svetlosti, vrše razmenu energije, odnosno menjaju brzinu kretanja, objašnjava vođa projekta. Upravo postojanje ove razmene energije dokazuje da svetlost jeste sastvaljena od paketa energije, svetlosnih čestica, odnosno fotona.
Tim fizičara iz Lozane je izuzetno srećan što su po prvi put u istoriji uspeli da snime paradoksalnu prirodu kvantne mehanike. Fabricio Karbone se nada da ovaj napredak predstavlja veliki korak ka realizovanju kvantnih računara.
