Einstein forudsagde allerede i 1909, at lys kan opføre sig både som bølger og partikler på samme tid. Og adskillige forsøg har allerede bekræftet, at lyset virkelig har denne dobbelte natur, kaldet lysets dualitet.
Problemet har dog været, at disse eksperimenter kun har vist den ene side af lyset personlighed – enten så man mest bølger, eller også så man mest partikler.
Men så fik forskere fra det højtestimerede universitet École Polytechnique Fédérale de Lausanne i Sweiz den gode idé at bruge elektroner til at fotografere lyset. Studiet er netop publiceret i det velansete tidsskrift Nature Communications.
»Det ser rigtig spændende ud,« siger professor Peter Lodahl fra Niels Bohr Institutet: »Det er et virkelig flot eksperiment, der viser, hvor langt eksperimentel kvantefysik er kommet inden for de sidste 10 år.«
Og dette avancerede billede af lyset dualitet er et vigtig skridt mod endnu vildere teknologi.
LÆS OGSÅ: Lys kan både være bølger og partikler - på samme tid
Nye teknologiske landvindinger
»Muligheden for at se den kvantemekaniske verden giver også mulighed for at manipulere den,« forklarer Peter Lodahl og tilføjer:
»De gør brug af noget teknologi, som er en del af det, vi skal bruge til kvantecomputeren.«
Og det er netop udviklingen af kvantecomputeren, forskerholdet fra Sweiz håber deres forsøg kan hjælpe med til.
»Dette eksperiment viser at vi første gang nogensinde kan filme kvantemekanikken – og dens paradoxale natur – direkte,« fortæller forskerholdets leder Fabrizio Carbone i en pressemeddelelse. Han fortsætter:
»At kunne tage billeder af og kontrollere kvantefænomener nede i nanostørrelse åbner for en ny rute mod kvantecomputere.«
Hvordan tager man et billede af lys?
Lys er nødvendigt for at kunne tage et fotografi, men hvordan tager man egentlig et billede af selve lyset? Det er ikke nogen nem opgave, men forskerne fra Schweiz fik den snedige idé at bruge elektroner til at fange lyset dualitet på.
Først skød forskerne lys ned på en lillebitte nanotråd, hvor lyset blev 'fanget' som en stående bølge, altså en bølge der ikke ændrer sin position med tid. Og på grund af lysets dualitet er denne stående bølge også lavet af lyspartikler kaldet fotoner.
Lyspartiklerne kan interagere med elektroner. Derfor skød forskerholdet dernæst en stråle af elektroner lige tæt forbi nanotråden, hvor lyset var 'fanget'. Fotonerne i den stående bølge blev 'ramt' af elektronerne, hvilket enten giver dem mere fart eller får dem til at bremse lidt op. Denne ændring i deres hastigheder kan måles som en udveksling af energi mellem fotonerne og elektronerne.
Ved så at bruge et meget specialiseret mikroskop, der kan se elektroner, kunne forskerne se hvor der blev udvekslet energi langs med nanotråden. Og så var det faktisk bare at tage et billede af det.
Videoen herunder illustrerer lysets dualitet og hvordan forskerne kom frem til billedet.
Video: École polytechnique fédérale de Lausanne (EPFL)
