Fyzici vytvorili „štrbiny v čase“. Najznámejší vedecký experiment dostal nový rozmer

Jeden z najznámejších vedeckých experimentov v novej štúdii publikovanej v žurnále Nature Physics dostal značné vylepšenie. Jeho nová verzia ukázala, ako by sa svetlo pohybovalo, ak by mu to bolo umožnené iba v určitých časových intervaloch.

Dvojštrbinový experiment

Reč je samozrejme o Youngovom pokuse známom aj ako dvojštrbinový experiment, v ktorom vedci nasmerovali svetelný lúč cez dve úzke štrbiny a po prechode štrbinami na protiľahlej stene pozorovali vzniknutý interferenčný vzor. Po zakrytí jednej zo štrbín sa očakávalo, že dôjde k polovičnému zníženiu intenzity, namiesto toho sa však začal objavovať oveľa jednoduchší obraz, jednoduchá difrakcia. Celý Youngov pokus sme detailne rozobrali v samostatnom článku.

Vytvorenie interferenčného obrazcu z vystrelovaných častíc; Thierry Dugnolle/Wikimedia

Tento experiment a jeho rôzne ďalšie variácie v priebehu času ukázali, že elektróny aj fotóny sa správajú ako častice, tak aj vlny. Youngov pokus sa stal veľkým prelomom v chápaní povahy vesmíru a otvoril nové dvere do sveta kvantovej fyziky.

Prečo sa však elementárne častice môžu správať podľa kvantovej fyziky ako vlny a byť na viacerých miestach súčasne? Prečo svet okolo nás dodržuje úplne iné pravidla? Hoci presné odpovede stále nepoznáme, vedcom sa darí čoraz častejšie nahliadnuť za oponu.

Najnovšie sa vedcom tento pokus podarilo zopakovať s časovou variáciou, respektíve s časovým rozmerom, čo sa podarilo dosiahnuť vďaka použitiu metameteriálu známeho ako ITO (indium tin oxide). Ide o materiál zložený z india, cínu a oxidu v rôznych pomeroch. V závislosti od množstva oxidu potom pripomína viac keramiku alebo zliatinu, píše portál Vice.

Časové štrbiny

Na tento materiál vedci „strieľali“ lúčmi svetla, čo znamená, že v tomto experimente ITO nahradil obyčajnú stenu s dvomi štrbinami. Čo sa týka samotných metamateriálov, tie sú považované za umelo vytvorené kompozitné materiály, ktoré vďaka svojej vnútornej štruktúre nadobúdajú neobvyklé, nové elektrické a magnetické vlastnosti a tiež niektoré optické charakteristiky, ktoré sa u bežných prírodných látok nevyskytujú.

Konkrétne ITO dokáže zmeniť svoje vlastnosti len v priebehu niekoľkých femtosekúnd (femto je 10⁻¹⁵ teda jedna biliardtina sekundy). Materiál tak v reakcii na laser menil svoju odrazivosť v extrémne malých časových mierkach, čo umožnilo vytvorenie „časových štrbín“ – časového analógu štrbín zo známeho Youngovho pokusu, píše portál ScienceAlert.

ScreenShot/The Royal Institution/YouTube

Keďže laserovými impulzami bolo možné meniť odrazivosť tohto metamateriálu, vznikli dve odlišné periódy, v ktorých je možné merať svetlo dopadajúce na materiál. Rozdiel v čase spôsobil tiež zmenu frekvencie svetla, pričom interferencia medzi rôznymi vlnami vytvárala rôzne farby (interferenčný vzor), ktoré vedci študovali.

Na prekvapenie všetkých, v štúdii autori pozorovali viac oscilácií, respektíve štrbiny sa tvorili oveľa rýchlejšie ako predpovedajú teórie – vznikali v rozsahu medzi 1 až 10 femtosekundami, čo je 10 až 100-krát rýchlejšie, ako predpovedali teórie.

Inak povedané, vedci vytvorili niečo, čo s trochou nadhľadu možno označiť za „kvantovú mýtnu bránu“, v ktorej pomocou svetla otvárali priechod a púšťali vopred zvolené množstvo svetla. Ukázalo sa tiež, že aj keď cez bránu pustili iba jeden fotón, svetlo vytvorilo interferenčný vzor.

Uvedené možno interpretovať aj tak, že by sme zrejme mali prehodnotiť teoretické modely, pretože niektoré materiály nemusia interagovať so svetlom presne tak, ako sme si doposiaľ mysleli. Materiály ako ITO, ktoré dokážu zmeniť spôsob, akým reagujú na svetlo v úplne nepatrných časových mierkach, by tiež mohli byť užitočné pri vývoji novej kvantovej technológie.

Čítajte viac z kategórie: Novinky