Známý experiment před dvěma sty lety vyzkoušel, jak se světlo pohybuje prostorem. Nová verze pokusu teď ověřila, jak by se světlo pohybovalo, kdyby mu to bylo umožněno jen v určitých časech. Podrobnosti vyšly v časopise Nature Physics.
Fyzici zopakovali slavný štěrbinový experiment a doplnili ho o časovou dimenzi. Otestovali při tom nadějný materiál
Jen málokterý vědecký experiment je slavnější než „dvouštěrbinový pokus“. Proběhl už roku 1801 a ukázal tehdy zaskočeným vědcům, že je svět mnohem pozoruhodnější místo, než si do té doby mysleli.
Britský lékař a egyptolog Thomas Young zkoumal mimo jiné vlastnosti světla. Nechal při pokusu procházet svazek světla dvěma rovnoběžnými štěrbinami, za které umístil stínítko. Kdyby na bariéru se štěrbinami hodil běžnou hmotu, tak by se na stínítku objevil vzor odpovídající tvaru děr – hmota by zkrátka prošla otvory a zanechala po sobě odpovídající stopu. Jenže se stalo něco úplně jiného.
Světlo se totiž rozdělilo na dvě vlny, které prošly bariérou a protnuly se na druhé straně – díky tomu se na stínítku ukázaly více než dva proužky světla. To ukázalo, že světlo má zvláštní povahu, chová se totiž jako částice i jako vlna. Vědci později experiment mnohokrát zopakovali s nejrůznějšími úpravami a změnami parametrů.
Výsledek dvouštěrbinového experimentu
Tento experiment se stal přelomem v chápání povahy vesmíru a otevřel dveře pro podobné experimenty s elektrony, a dokonce i s antihmotou a stal se odrazovým můstkem pro obor kvantové mechaniky, jenž zcela proměnil moderní chápání světa.
Tým fyziků teď tento experiment provedl znovu, ale s malou, avšak důležitou změnou. Tentokrát totiž vylepšili pokus o časový rozměr; vědci toho dosáhli použitím unikátního materiálu, od něhož si slibují další plodné využití.
Čas, prostor, svět
„Náš experiment odhaluje více o základní povaze světla a zároveň slouží jako odrazový můstek k vytvoření dokonalých materiálů, které mohou drobně ovládat světlo v prostoru i čase,“ uvedl Riccardo Sapienza, fyzik z Imperial College London, který výzkum vedl.
Thomas Young, první autor dvouštěrbinového experimentu
V nové práci vědci provedli jednu zásadní změnu: Vyměnili obyčejnou stěnu se dvěma štěrbinami za vrstvu oxidu india a cínu – tedy stejný metamateriál, který se používá v obrazovkách moderních telefonů.
- Jde o materiál, který se v přírodě nevyskytuje a který je upraven tak, aby se choval určitým způsobem.
Výzkumníci změnili odrazivost obrazovky pomocí ultrarychlých laserů, které propouštěly světlo jen v určitých časech – a to ultrakrátkých periodách v rozmezí kvadriliontin sekundy. V podstatě postavili cosi, co v nadsázce přezdívají „kvantová mýtná brána.“ Pomocí laserů v ní pak otevírali průchod a přes ni pak pouštěli jen zvolené množství světla, a to dokonce až na úroveň jediného fotonu. Ukázalo se, že i když přes „bránu“ pustili pouze jeden foton, světlo i tak vytvářelo interferenční obrazec.
Výsledky využitelné v praktickém výzkumu
Vědci si tímto pokusem ověřili, že použitý materiál je ideální pro testování chování světla na ultrarychlých časových škálách. Laserové pulzy se používají také ke zlepšení výdrže kvantových bitů neboli qubitů, také v tomto případě se podobné principy využívají pro zkoumání chování kvantových částic v čase. Právě qubity jsou základem kvantových počítačů, jež mají potenciál přinést revoluci do výpočetních technologií.
Autoři také věří, že by mohli tuto technologii nasadit na zkoumání toho, jak se chovají takzvané časové krystaly, jejichž struktura se mění v různých časových úsecích.