3 آوریل 2023 -توسط هیلی دانینگ، امپریال کالج لندن-رومن تیرول، عضو پروژه، تجهیزات مورد استفاده در مطالعه در کالج امپریال لندن را تنظیم می کند. اعتبار: توماس آنگوس، امپریال کالج لندن
فیزیکدانان آزمایش معروف دو شکاف را بازسازی کردند که نشان داد نور به عنوان ذرات و موج رفتار می کند، نه در مکان.
این آزمایش بر موادی متکی است که می‌توانند خواص نوری خود را در کسری از ثانیه تغییر دهند، که می‌تواند در فناوری‌های جدید یا برای کشف سؤالات اساسی در فیزیک استفاده شود.
آزمایش اولیه دو شکاف که در سال 1801 توسط توماس یانگ در موسسه سلطنتی انجام شد، نشان داد که نور به عنوان یک موج عمل می کند. با این حال، آزمایش‌های بیشتر نشان داد که نور در واقع هم به‌عنوان موج و هم به‌عنوان ذره رفتار می‌کند و ماهیت کوانتومی آن را آشکار می‌کند.این آزمایش‌ها تأثیر عمیقی بر فیزیک کوانتومی گذاشت و ذره‌ای دوگانه و ماهیت موجی نه تنها نور، بلکه سایر «ذرات» از جمله الکترون‌ها، نوترون‌ها و اتم‌های کامل را آشکار کرد.
اکنون، تیمی به رهبری فیزیکدانان کالج امپریال لندن، این آزمایش را با استفاده از «شکاف‌ها» در زمان به جای فضا انجام داده‌اند. آنها با شلیک نور از طریق ماده ای که خواص آن را در فمتوثانیه تغییر می دهد، به این امر دست یافتند و فقط به نور اجازه می دهد در زمان های خاص به صورت متوالی از خود عبور کند.
پروفسور ریکاردو ساپینزا، محقق ارشد، از دپارتمان فیزیک امپریال، گفت: «آزمایش ما اطلاعات بیشتری در مورد ماهیت بنیادی نور نشان می‌دهد و در عین حال به عنوان سنگ‌پایه‌ای برای ایجاد مواد نهایی که می‌توانند نور را در فضا و زمان کنترل کنند، عمل می‌کند. “
جزئیات این آزمایش (3 آوریل) در Nature Physics منتشر شده است.
راه اندازی اولیه دو شکاف شامل هدایت نور به یک صفحه مات با دو شکاف موازی نازک در آن بود. پشت صفحه نمایش یک آشکارساز برای نوری بود که از آن عبور می کرد.برای عبور از میان شکاف ها به صورت موج، نور به دو موج تقسیم می شود که از هر شکاف عبور می کند. هنگامی که این امواج دوباره از طرف دیگر عبور می کنند، با یکدیگر “تداخل” می کنند. جایی که قله‌های موج به هم می‌رسند، یکدیگر را تقویت می‌کنند، اما جایی که یک قله و یک فرورفتگی به هم می‌رسند، یکدیگر را خنثی می‌کنند. این یک الگوی راه راه در آشکارساز مناطق با نور بیشتر و نور کمتر ایجاد می کند.
نور همچنین می‌تواند به «ذراتی» به نام فوتون تقسیم شود، که می‌توان آنها را با برخورد یکی یکی به آشکارساز ثبت کرد و به تدریج الگوی تداخل راه راه را ایجاد کرد. حتی زمانی که محققان فقط یک فوتون را در یک زمان شلیک کردند، الگوی تداخل همچنان ظاهر شد، گویی فوتون به دو قسمت تقسیم شد و از هر دو شکاف عبور کرد.
در نسخه کلاسیک آزمایش، نور بیرون آمده از شکاف های فیزیکی جهت خود را تغییر می دهد، بنابراین الگوی تداخل در نیمرخ زاویه ای نور نوشته می شود. در عوض، شکاف‌های زمانی در آزمایش جدید فرکانس نور را تغییر می‌دهد که رنگ آن را تغییر می‌دهد. این باعث ایجاد رنگ‌هایی از نور می‌شود که با یکدیگر تداخل پیدا می‌کنند و رنگ‌های خاصی را تقویت و حذف می‌کنند تا یک الگوی تداخلی ایجاد کنند.
ماده ای که تیم مورد استفاده قرار داد، یک لایه نازک از اکسید ایندیوم-قلع بود که بیشتر صفحه نمایش تلفن های همراه را تشکیل می دهد. بازتاب این ماده توسط لیزر در مقیاس‌های زمانی فوق سریع تغییر می‌کند و «شکاف‌هایی» برای نور ایجاد می‌کند. این ماده بسیار سریعتر از آنچه تیم انتظار داشتند به کنترل لیزری پاسخ داد و بازتاب آن را در چند فمتوثانیه تغییر داد.
این ماده یک فراماده است – ماده ای که طوری مهندسی شده است که دارای خواصی باشد که در طبیعت یافت نمی شود. چنین کنترل دقیقی از نور یکی از وعده‌های فرامواد است و هنگامی که با کنترل فضایی همراه شود، می‌تواند فناوری‌ها و حتی مشابه‌هایی برای مطالعه پدیده‌های بنیادی فیزیک مانند سیاه‌چاله‌ها ایجاد کند.
پروفسور سر جان پندری یکی از نویسندگان این مقاله گفت: “آزمایش شکاف های زمانی مضاعف دری را به روی طیف سنجی کاملا جدیدی باز می کند که می تواند ساختار زمانی یک پالس نور را در مقیاس یک دوره تابش حل کند.”
تیم بعدی می‌خواهد این پدیده را در یک «کریستال زمان» که مشابه کریستال اتمی است، کشف کند، اما در آن خواص نوری در زمان متفاوت است.
پروفسور استفان مایر یکی از نویسندگان این مقاله گفت: “مفهوم کریستال های زمان پتانسیل ایجاد سوئیچ های نوری فوق سریع و موازی را دارد.”
