Konačno snimljena velika misterija kvantne fizike

Naučnici su bezuspešno pokušavali da to učine još od vremena Alberta Ajnštajna koji je 1905. objavio rad o tzv. fotoelektričnom efektu u kojem svetlost izbija elektrone iz metalne ploče.

Neobičan efekat fizičar je objasnio idejom da svetlost, koja se tada smatrala talasom, može delovati i kao čestica - foton. Za to je 1922. dobio Nobelovu nagradu.

Prema kvantnoj mehanici svetlost se istovremeno može ponašati i kao talas i kao čestica. To ne važi samo za foton, nego i za elementarne čestice poput elektrona, pa čak i masivne protone, sastavljene od više elementarnih čestica.

Ipak u svim dosadašnjim eksperimentima uvek se manifestovala samo jedna od priroda svetlosti. Ponekad bi ona pokazala svoja svojstva talasa, a ponekad čestice, ali nikada oba.

Ipak, stručnjaci s Politehničke škole u Lozani došli su na genijalnu ideju i osmislili radikalno drugačiji eksperimentalni pristup.

Njihov rezultat predstavljen je u novom broju časopisa Nature Communications.

U čemu je trik?

U novom eksperimentu švajcarski naučnici predvođeni Fabricijom Karbonom usmerili su puls laserskog svetla prema maloj metalnoj nanožici. Laser je dodavao energiju nabijenim česticama u nanožici i tako je podstakao da počne vibrirati. Svetlost kroz nanožicu putuje u samo dva moguća pravca – od jednog kraja prema drugom i obratno.

Kada talasi putuju u suprotnim pravcima, oni deluju jedan na drugi i stvaraju tzv. stojeći talas koji izgleda kao talas koji stoji u mestu. Ponekad se takvi talasi mogu videti uz obale kada se susretnu talasi koji idu prema obali i oni koji se odbijaju od nje. U švajcarskom eksperimentu stojeći talas je postao izvor svetlosti koja je zračila iz žice.

Sada sledi poseban trik u eksperimentu: naučnici su žicu u kojoj je bio zarobljen stojeći talas zasuli mlazom elektrona kako bi napravili snimak. Kako su elektroni ulazili u interakcije sa svetlom u nanožici, talas ih je ubrzavao ili usporavao, u zavisnosti od toga u koji deo talasa su udarili.

Pomoću ultrabrzog mikroskopa tim je uspeo da snimi položaje na kojima je došlo do promene u brzini elektrona. Na taj način dobili su snimak oblika stojećeg talasa.

Fotografija je potvrdila talasnu prirodu svetlosti, ali istovremeno i demonstrirala njegovu prirodu kao čestice. Kako? Dok su elektroni prolazili pored stojećeg talasa u nanožici, udarali su u čestice svetlosti, odnosno fotone. Ovi sudari jasna su potvrda da se svetlost u nanožici ponaša kao čestica (pogledajte animaciju u videu). “Ovaj eksperiment je po prvi put pokazao da možemo direktno snimiti kvantnu mehaniku i njenu paradoksalnu prirodu”, rekao je Karbon.

Švajcarski fizičar kaže da bi ovaj eksperiment u budućnosti mogao da ima i praktičnu primenu.

“Mogućnost da snimimo i kontrolišemo kvantnu pojavu na nanometarskim skalama poput ove otvara nova vrata za kvantno računanje”, objasnio je.