Yeni Bir Işık Deneyi, Kendi Alanında Çığır Açıyor

1801'de İngiliz bilim insanı Thomas Young, fizik tarihine geçen bir 'çift yarık' deneyi gerçekleştirdi: Bir malzemedeki iki yarıktan ışık tutarak, ışığın bir dalga gibi davrandığını, aynı anda farklı yollar izleyerek dalga gibi davrandığını gösterdi.

Bu andan itibaren, elektromanyetik radyasyonun hem dalga benzeri hem de parçacık benzeri davranışlar sergilediğini göstermek için deney tekrarlandı. Başka bir deyişle, ışık, nasıl ölçüldüğüne bağlı olarak, bir yokuştan aşağı yuvarlanan bilyeler ve bir havuzdaki dalgacıklar gibi davranabilir.

Bu şekilde davranan sadece fotonlar da değil. Bilim insanları elektronların, nötronların ve tüm atomların aynı şekilde davrandığını göstermek için benzer kurulumlar kullandılar ve olasılığa dayalı bir teori olarak kuantum fiziğinin temel bir ilkesini oluşturdular.

Şimdi bilim insanları, Young'ın deneyini modern bir dokunuşla yeniden yarattılar. Uzayda ayrılmış bir çift yarık yerine, bir ışık dalgasının kendi geçmişine ve geleceğine müdahale etme yeteneğini test ederek, bir malzemenin yansıtma özelliğindeki hızlı ayarlamalarla oluşturulan 'zaman yarıkları' kullandılar.

İngiltere'deki Imperial College London'dan fizikçi Riccardo Sapienza, "Deneyimiz, ışığı hem uzayda hem de zamanda en ince ayrıntısına kadar kontrol edebilen nihai malzemeleri yaratmak için bir atlama taşı görevi görürken, ışığın temel doğası hakkında daha fazla şey ortaya koyuyor" diyor.

Sapienza ve meslektaşları, akıllı telefon ekranlarında kullanılan bir malzeme olan ince bir indiyum kalay oksit tabakası kullandılar. Lazer darbeleri, ışığın malzemeye çarparak ölçülebildiği iki farklı dönem oluşturmak için yansıtma özelliğini değiştirerek, tek bir ışık dalgasının kendi kendine müdahale edebileceği farklı yollar sağladı.

Zamandaki bu farklılıklar, malzemeye çarptığı anda ışığın frekansını değiştirdi ve farklı dalgalar arasındaki girişim, parlaklıktaki farklılıklar yerine farklı renkler üretti. Bilim insanları, ışığın dalga benzeri davranışı hakkında gözlemler yapmak için bu girişim modelini incelediler.

Imperial College London'dan fizikçi John Pendry, "Çifte zaman yarıkları deneyi, bir ışık atımının zamansal yapısını çözebilen yepyeni bir spektroskopiye kapı açıyor" diyor.

İlginç bir şekilde, yarıklar bilim insanlarının beklediğinden çok daha hızlı açıldı - 1 ila 10 femtosaniye (saniyenin katrilyonda biri). Deneyin teorik modellemeyi geride bırakması, bu modellemenin bir kısmının yeniden düşünülmesi gerektiğini gösteriyor: materyaller, ışıkla tam olarak bilim insanlarının düşündükleri gibi etkileşime girmezler (örneğin, yoğunluk veya hız değiştiğinde).

Kesinlikle çok küçük zaman ölçeklerinde ışığa tepki verme biçimini değiştirebilen böyle bir malzemeye sahip olmak, yeni teknoloji geliştirmede ve kuantum fiziğinin gizemlerini daha fazla çözmede faydalı olabilir.

Kara delikler gibi fenomenlerin incelenmesinde de en büyük ölçeklerde faydalı olacak. Daha sonra ekip, "zaman bükümünü" başka bir malzemede, atomların katı bir modelde olduğu atomik kristal üzerinde denemek istiyor - bu da elektronikte hızlı gelişmelere yol açabilir.

Araştırma Nature Physics'te yayınlandı.