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科学家首次拍摄波粒二象性照片:有图有真相

2015-03-06 09:07
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  最近,瑞士洛桑联邦理工学院(EPFL)的科学家成功拍摄出有史以来第一张光同时表现出波粒二象性的照片。这一突破性成果发表在最近的《自然·通讯》杂志上。

  当紫外光照在金属表面时,会造成一种电子发射。爱因斯坦将此解释为入射光的“光电”效应,被认为只是一种波,也是一束粒子流。EPFL的一个由法布里奥·卡彭领导的研究小组进行了一次“聪明的”反向实验:用电子来给光拍照,终于捕获了有史以来第一张光既像波,同时又像粒子流的照片。

  实验设置大致为:发出一束激光脉冲照射微细的金属纳米线。激光给纳米线上的带电粒子增加了能量,使它们振动起来。光沿着这条微细纳米线以两个可能的方向传播,就像高速路上的车辆。当波以相反的方向传播,互相碰在一起时,就会形成一种新的波,看起来像停驻在那里。在此,这种驻波成为实验中的光源,向纳米线的周围辐射。

  实验中所用的技巧在于,研究人员发射了一束电子接近纳米线,用这束电子来给停驻的光波拍照,当电子和驻波在纳米线上相互作用时,它们要么加快,要么减慢。用超快显微镜拍摄这一速度改变的位置,就能使驻波变得可见,就像光的波性指纹。

瑞士洛桑联邦理工学院科学家拍摄的有史以来第一张光既像波,同时又像粒子流的照片

  而这种现象不仅能显示出光的波状特性,同时也显示了粒子特性。当电子接近光驻波时,它们会“撞击”光粒子,也就是光子,这会影响它们的速度,让它们的速度更快或更慢。这种速度的变化显示了电子和光子之间的能量“包”(量子)的交换,正是这些能量包的出现,显示了纳米线上的光的粒子性。

  “这项实验第一次证明了我们能直接拍摄量子力学现象及其矛盾的性质。”法布里奥·卡彭说。此外,这项开创性研究的重要性在于它能把基础科学拓展到未来技术上。“能在纳米尺度拍摄并控制类似这种量子现象,也为量子计算机开辟了新途径。”

声明: 本文由入驻维科号的作者撰写,观点仅代表作者本人,不代表OFweek立场。如有侵权或其他问题,请联系举报。

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