Işık ilk defa aynı anda parçacık ve dalga halinde görüntülendi

Işık hem parçacık hem de dalga şeklinde davranır. Einstein'ın günlerinden bu yana bilim insanları ışığı hem parçacık hemde dalga halinde doğrudan gözlemeye çalışıyordu. Şimdi EPFL İsviçre Lozan Federal Teknoloji Enstitüsünden ( Swiss Federal Institute of Technology Lausanne ) bilim insanları ilk defa bu çifte davranışı aynı anda yakalamayı başardı.

Kuantum mekaniğin bize söylediğine göre ışık aynı anda hem parçacık hemde dalga şeklinde davranabilir. Fakat şimdiye kadar hiç bir deneyde ışığın bu iki özelliği eş zamanlı olarak yakalanamamıştı: yapabildiğimiz en iyi şey ayrı ayrı parçacık yada dalga halinde görüntülemekti ama bu her defasında farklı zamanlarda gerçekleşiyordu. Bu önemli keşif Nature Communications'da yayımlandı.

UV ışık metal bir yüzeye çarptığında elektron emisyonu (yayılması) oluşmasına neden olur. Albert Einstein bunu sadece dalga olan ışık aynı zamanda parçacık akıntısı olarak nitelediği fotoelektrik ( photoelectric ) etkisi olarak açıklamıştır. Bir çok deneyde ışık hem parçacık şeklinde hem de dalga olarak gözlenmişti ama her ikisini aynı anda gözlemlemek mümkün olmamıştı.

Klasik etki üzerine yeni yaklaşım

EPFL'den Fabrizio Carbone liderliğindeki bir araştırma ekibi zeki kıvrımlar kullanarak bir deney gerçekleştirdi : yani ışığı görüntülemek için elektron kullandılar. Araştırmacılar deneyde ışığın hem parçacık hemde dalga olarak davrandığı bir görüntü yakaladı.

Deney şöyle düzenlendi : Tek bir lazer atışı küçük metalik bir nano kablo üzerine gönderildi. Lazer nanokablo içindeki yüklü parçacıklara ek enerji gitmesini sağladı, bu da parçacıkların titreşmesine neden oldu. Otomobillerin otobanda ilerlediği gibi ışık nanokablo üzerinde mümkün olan iki yolla ilerliyor. Farklı yönlerde seyahat eden dalgalar karşı karşıya geldiklerinde sanki yerinde sabit duruyormuş gibi yeni bir dalga oluşturuyor. Bu duran dalgalar deney için gerekli olan ışık kaynağını oluşturmuş oluyor.

Deneyin numarası tam burada devreye giriyor: Bilim insanları nanokabloya yakından elektron akımı ile ateş ediyor, ve bunları kullanarak duran ışık dalgalarını görüntülüyor. Elektronlar nanokablo üstünde hapsedilmiş ışıkla etkileşime girdiğinde hem yavaşlıyor hem de hızlanıyor. Ve aşırı hızlı mikroskop kullanarak bu hız değişiminin olduğu pozisyon görüntüleniyor. Ve Carbone'un ekibi, ışığın dalga halinin parmak izi olan bu duran dalgaları görsel hale getiriyor.

Deneyde ışığın dalga halindeki doğası gözlenirken aynı zamanda ışığın parçacık yanını da ortaya çıkarıyor. Elektronlar duran dalgaların yakınından geçerken ışığın parçacıklarına yani fotonlara ( photons ) çarpıyor. Yukarıda anlattığımız gibi bu etki hızlarının yavaşa yada daha hızlıya doğru değişmesine neden oluyor. Bu hız değişimi elektronlarla fotonlar arasında enerji paketleri değişimi ( kuantum mekanik ) olarak ortaya çıkıyor. Bu nanokablo üzerinde gerçekleşen enerji paketleri değişimi ışığın parçacık özelliğinin ta kendisini gösteriyor.

Fabrizio Carbone, "Yapmış olduğumuz deney ilk defa kuantum mekaniği - ve onun paradoksal doğasını - doğrudan görüntülemenin mümkün olduğunun bir kanıtı. Kuantum fenomenleri nanometre boyutlarında görüntüleyip kontrol edebiliyor olmak kuantum bilgisayar hedefinde bize yeni yollar açıyor." dedi.

Bu çok önemli araştırma temel bilimin ve gelecek teknolojilerin çok ötesine geçmemizi sağlayabilir.

Deneyin açıklaması (Video ingilizce) :

Kaynaklar
http://www.bilimnedir.com/Fizik/isik-ilk-defa-ayni-anda-parcacik-ve-dalga-halinde-goruntulendi
http://www.sciencedaily.com/releases/2015/03/150302104731.htm
http://www.nature.com/ncomms/2015/150302/ncomms7407/full/ncomms7407.html