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光的波粒二象性,终于同时现身!

 等风浩 2016-07-17





我们都知道,光同时具有波的性质和粒子的性质,这种具有双重性质的性质(好绕口……)称为“波粒二象性”。然而,在我们的物理课上,这两个性质都是分开讲的,即使有实验也是分开做。虽然科学家一直试图同时展示这两种性质,但都以失败告终。


最近,坚持不懈的科学家终于取得了突破!瑞士洛桑联邦理工学院(EPFL)的科学家采用了一种新方法,首次在同一张图片中拍到了“波”和“粒”这两兄弟,并将此成果发表在Nature Communications上。



▲在同一张图片中展示光的波粒二象性


哦,他们还拍了一个萌萌哒视频来讲解拍摄的过程。(讲解见视频后)


温馨提示:请在WIFI环境下观看!






这张图片是如何拍出来的呢?


EPFL的科学家Fabrizio Carbone带领团队,找出了一种非常聪明的新方法:用电子来显示光的图像。


他们是这样做的:


用激光脉冲照射微小的金属纳米线。纳米线中的带电粒子被激光赋予了能量,开始振动。沿着纳米线长度方向,两束方向相反的光线相遇,形成驻波。这个光驻波在纳米线周围产生辐射,这就是他们要测量的光。


接着,科学家向纳米线附近发射一束电子,以此来捕捉上述光驻波的成像。此时,能同时显示出光的粒子性。因为当电子经过光驻波附近时,它们“撞击”到光子。这种碰撞会改变电子的速度,使其变快或变慢。这种速度的改变,表现为光子和电子之间一份一份能量(量子)的交换。这种能量在量子层面的交换,使纳米线上的光展现出粒子的特性。


这项实验的成功,是人类历史上首次同时拍下光的两种看似矛盾的性质,对基础科学具有重大的意义。但这项实验的意义,远不止于此。在纳米层面控制量子现象,将为量子计算打开一扇新的大门。


来源/sciencedaily

编译/汪汪



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