物理学家在一个新的维度上揭晓了光的量子性质

发布时间：2023-04-12 09:18:29 所属栏目：动态来源：

导读：在一项突破性的发展中，伦敦帝国学院的物理学家重新创造了历史性的双缝实验，该实验表明光在时间而不是空间中表现为粒子和波。通过使用能够在几毫秒内改变其光学特性的材料，研究小组成功地将光射穿了一层氧化铟锡薄

在一项突破性的发展中，伦敦帝国学院的物理学家重新创造了历史性的双缝实验，该实验表明光在时间而不是空间中表现为粒子和波。通过使用能够在几毫秒内改变其光学特性的材料，研究小组成功地将光射穿了一层氧化铟锡薄膜，为光的通过创造了时间上的"狭缝"。

最初的双缝实验是由托马斯-杨于1801年在英国皇家学会进行的，表明光作为一种波的作用。然而，进一步的实验表明，光实际上既表现为波又表现为粒子--揭示了其量子性质。

这些实验对量子物理学产生了深远的影响，不仅揭示了光的双重粒子和波的性质，还揭示了其他"粒子"，包括电子、中子和整个原子。

现在，一个由伦敦帝国学院物理学家领导的团队已经利用时间而非空间的"狭缝"进行了实验。他们通过向一种在飞秒（四亿分之一秒）内改变其属性的材料发射光来实现这一目标，只允许光在特定时间内快速通过。

首席研究员、帝国理工学院物理系的里卡多-萨皮恩扎教授说："我们的实验揭示了更多关于光的基本性质，同时作为创造能够在光波长的空间和时间上具有细微不同之处地控制无线发射的光的终极光学材料的垫脚石。"

为了以波的形式通过狭缝，光分裂成两个波，分别通过每个狭缝。当这些波在另一侧再次交叉时，它们会相互"干扰"。在波峰相遇的地方，它们会相互增强，但在波峰和波谷相遇的地方，它们会相互抵消。这在探测器上形成了光多和光少区域的条纹图案。

光也可以被分割成被称为光子的"粒子"，它们可以被记录下来，一次一次地击中探测器，逐渐建立起条纹状的干涉图案。即使研究人员一次只发射一个光子，干扰图案仍然出现，就像光子一分为二并穿过两个狭缝一样。

在该实验的经典版本中，从物理狭缝中出现的光会改变其方向，因此干涉图案被写在光的角度轮廓中。相反，实验中的时间狭缝改变了光的频率，从而改变了其颜色。这一方面创造了相互干扰的光的颜色，另一方面增强和抵消了某些颜色，于是就产生了一个干涉型结构的图案。

该小组使用的材料是一层氧化铟锡薄膜，它是构成大多数手机屏幕的基础材料。该材料的反射率被激光器以超快的时间尺度改变，为光创造了"缝隙"。该材料对激光控制的反应比研究小组预期的要快得多，在几毫秒内改变其反射率。

共同作者John Pendry爵士教授说："双倍时间狭缝实验为一种全新的光谱学打开了大门，它包括能够在辐射的持续时间一个可以是周期波长的范围内周期性地解决光脉冲的时间不确定性的结构。"

共同作者Stefan Maier教授说："时间晶体的概念有可能导致超快的、平行的光学开关"。

（编辑：汽车网）

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