Til sidst ... en bølge! Hvem troede, at vi nogensinde ville se et enkelt foto af lysets dobbelte natur som både en partikel og en bølge?
Dette billede viser lysets dobbelte natur - dens egenskab ved at være både en bølge og en partikel - en egenskab kendt siden 1905, men aldrig før har været vidne til på denne måde af menneskelige øjne.
Her er det første foto af lys som både en partikel og en bølge. Det var Albert Einstein, der foreslog, at lys ikke opførte sig nøjagtigt en bølge eller en partikel. I stedet opfører lys sig som begge bølger og partikel. Einsteins teori blev kendt som lys-bølge-partikel dualitet, og er nu fuldt ud accepteret af moderne forskere. Men hvem troede, at vi nogensinde ville se et foto af lys som både en partikel og en bølge? Det nye billede kommer fra et team af forskere med base i Europa på Ecole Polytechnique Fédérale de Lausanne (EPFL). Tidsskriftet Naturkommunikation offentliggjorde den 2. marts 2015.
Ifølge en erklæring fra EPFL:
Når UV-lys rammer en metaloverflade, forårsager det en emission af elektroner. Albert Einstein forklarede denne "fotoelektriske" virkning ved at foreslå, at lys - der menes kun at være en bølge - også er en strøm af partikler. Selvom en række forskellige eksperimenter med succes har observeret både den partikel- og bølgelignende opførsel af lys, har de aldrig været i stand til at observere begge på samme tid.
Et forskerteam ledet af Fabrizio Carbone ved EPFL har nu udført et eksperiment med en smart vri: ved hjælp af elektroner til billedlys. Forskerne har for første gang nogensinde fanget et enkelt øjebliksbillede af lys, der opfører sig samtidigt som både en bølge og en strøm af partikler.
Eksperimentet er sat op sådan: En puls med laserlys fyres mod en lille metallisk nanodråbe. Laseren tilføjer energi til de ladede partikler i nanotråden, hvilket får dem til at vibrere. Lys bevæger sig langs denne lille tråd i to mulige retninger, ligesom biler på en motorvej. Når bølger, der kører i modsatte retninger, møder hinanden, danner de en ny bølge, der ser ud som om den står på plads. Her bliver denne stående bølge kilden til lys for eksperimentet, der stråler rundt om nanotråden.
Det er her eksperimentets trick kommer ind: Forskerne skød en strøm af elektroner tæt på nanodråben og brugte dem til at forestille den stående bølge af lys. Da elektronerne interagerede med det begrænsede lys på nanotråden, gik de enten op eller bremsedes. Ved hjælp af det ultrahurtige mikroskop til at afbilde den position, hvor denne ændring i hastighed skete, kunne Carbones team nu visualisere den stående bølge, der fungerer som en finger på bølgen af lysets natur.
Mens dette fænomen viser den bølgelignende natur af lys, demonstrerede det samtidig sit partikelaspekt. Når elektronerne passerer tæt på den stående bølge af lys, "rammer" de lysets partikler, fotonerne. Som nævnt ovenfor påvirker dette deres hastighed, hvilket får dem til at bevæge sig hurtigere eller langsommere. Denne ændring i hastighed vises som en udveksling af energipakker (kvanta) mellem elektroner og fotoner. Selve forekomsten af disse energipakker viser, at lyset på nanotråden opfører sig som en partikel.