Prva čestično-talasna fotografija u istoriji

Snopom elektrona po prvi put istovremeno snimljena dvojna priroda svetlosti

Tekst: Boris Klobučar



Možda je simbolično što se baš u godini svetlosti dogodio ovako veliki trenutak za naučnike iz oblasti optike, nauke o svetlosti. Fabricio Karbone, fizičar u Ecole Polytechnique Federale de Lausanne zajedno sa svojim istraživačkim timom uspeo je da istovremeno ”uhvati”, odnosno uslika, dvojnu prirodu svetlosti, talasnu i čestičnu. Svoje rezultate naučnici su objavili u prestižnom naučnom časopisu Nature Communications.

Samo podsećanja radi, Albert Ajnštajn je u njegovom objašnjenju fotoelektričnog efekta, koje je dao 1905. godine, objasnio da se svetlost ponaša kao snop čestica određene energije. Dao im je ime ”kvanti”, postavio temelje kvantne mehanike i 1921. godine za ovo otkriće dobio Nobelovu nagradu. Do tada je važila teorija da je svetlost talas, što je tada, a i danas, savršeno objašnjavalo neke od prirodnih efekata svetlosti (inteferencija, refleksija…). Svetlost je, očigledno, dvojne prirode. Ali kako je slikati?

Tim iz Lozane je iskoristio jedan vrlo neobičan i pametan trik – ”slikao” je svetlost elektronima. Kako Fabricio Karbone opisuje eksperiment, oni su prvo kroz nano-žicu propustili snop iz pulsnog lasera, koji je pobudio naelektrisane čestice sredine, odnosno doveo im energiju i one su počele da vibriraju. U dobijenom eksperimentu, svetlost se kroz žicu kreće u oba smera. Kada se ovakva dva talasa sudare nastaje takozvani stojeći talas. Upravo je taj talas bio uslikani izvor svetlosti.

Karbone je zatim ovaj izvor stavio pod elektronski mikroskop visoke rezolucije i brzine, Advanced electron microscope, jedan od dva na planeti sa ovakvom konfiguracijom. Snop elektrona usmeren je na izvor svetlosti kako bi snimili stojeći talas. Elektroni u interakciji sa svelošću iz nano-žice ubrzavaju ili usporavaju, što sofisticirani mikroskop veoma efikasno može da meri. Kao rezultat dobijena je slika stojećeg talasa – dokaz da svetlost zaista jeste talas.

Ovim je međutim, indirektno dokazana i čestična priroda svetlosti. Elektroni u ”sudaru” sa paketima energije – kvantima svetlosti, vrše razmenu energije, odnosno menjaju brzinu kretanja, objašnjava vođa projekta. Upravo postojanje ove razmene energije dokazuje da svetlost jeste sastvaljena od paketa energije, svetlosnih čestica, odnosno fotona.

Tim fizičara iz Lozane je izuzetno srećan što su po prvi put u istoriji uspeli da snime paradoksalnu prirodu kvantne mehanike. Fabricio Karbone se nada da ovaj napredak predstavlja veliki korak ka realizovanju kvantnih računara.



elementarijum

Šta nam sve nauka sprema u narednih 50 godina

Da ste pre 50 godina nekome rekli da će 2015. godine sasvim normalno biti posedovanje 3D štampača, osoba s kojom ste razgovarali bi vas ne samo bledo gledala, već pitala što je to štampač, što je to 3D i čemu sve to služi. Međutim, to je tek jedna stvar za koju možemo biti zahvalni nauci. A šta nas sve tek očekuje u budućnosti...


1. Teleportacija

Iako i dan danas zvuči neverovatno, naučnici su nedavno uspeli da teleportuju čestice iz tačke A do tačke B, i to na udaljenost od tačno 10 metara. Ko zna kako će se daleko teleportovati za 50 godina...

2. Svetlo kojim se upravlja

Ovo je teško opisati, ali verovali ili ne, svetlost možete vezati u čvor. Ovo se može postići uz pomoć holograma koji usmeravaju svetlo na određenu putanju i pri tome ostavljaju utisak da je svetlo samostojeće u prostoru, međutim zapravo se pri tome stvara optička iluzija, za koju je opet zaslužna nauka.

3. Objekti koji sami evoluiraju

Pri ovome ne mislimo na Darvinovu evoluciju, nego na onu koja nas tek očekuje. Danas postoje 3D štampači i svi znamo čemu služe. Međutim jeste li znali da postoji i 4D štampač? On "štampa" objekte koji se samostalno mogu razvijati. Na primer, iscrta kuglu koja s vremenom evoluira u pravogaonik!

4. Crne rupe u laboratoriji

Danas je teško znati kako tačno funkcionišu crne rupe, kako izgledaju ili kakva svojstva imaju. Međutim, naučnici su uspeli da replikuju uslove potrebne za stvaranje crne rupe i na taj način proizveli pravu crnu rupu, naravno - u kontrolisanim, uslovima.

5. Zaustaviti svetlost

Ajnštajn je prvi naučnik koji je shvatio kako ništa ne može da putuje brže od svetlosti, ali isto tako nikada nije rekao da se svetlost ne može usporiti! Naučnici sa Harvarda su uspeli da smanje brzinu svetlosti na samo 20 km na sat. Da stvar bude još dramatičnija, uspeli su čak i da zaustave svetlost u jednoj tački.

6. Proizvodnja antimaterije

Materija i antimaterija ne mogu postojati jedna pored druge. Kada se nađu zajedno - međusobno se poništavaju (anihilacija), uz oslobađanje velike količine energije u obliku gama zračenja ili drugih čestica. Uprkos brojnim polemikama hoće li ta antimaterija "progutati" Zemlju - naučnici su uspeli da stvore antimateriju.

7. Telepatija

Ako pratite SciFi filmove znate da je telepatija nauka koja je još nedovoljno istražena da bi je mogli činjenično potvrditi ili odbaciti. Međutim, telepatija je moguća, a upravo to su naučnici dokazali kada su delovali na mozak pacova, i njime uspešno upravljali.

Izvor: punkufer.hr