مجلة أقلام مرحبا بك في مجلة أقلام , هنا ستجد آخر المقالات والأخبار
أعاد الفيزيائيون الإمبراطوريون إنشاء تجربة الشق المزدوج الشهيرة ، والتي أظهرت أن الضوء يتصرف كجسيمات وموجة ، في الوقت بدلاً من الفضاء.
في تطور رائد ، أعاد الفيزيائيون في إمبريال كوليدج لندن إنشاء تجربة الشق المزدوج التاريخية ، والتي أظهرت أن الضوء يتصرف كجسيمات وموجة في الوقت نفسه بدلاً من الفضاء. باستخدام المواد التي يمكن أن تغير خصائصها الضوئية في فيمتوثانية ، نجح الفريق في إطلاق الضوء من خلال غشاء رقيق من أكسيد الإنديوم والقصدير ، مما أدى إلى إنشاء “شقوق” زمنية لتمر الضوء من خلالها. لا تقدم التجربة نظرة ثاقبة حول الطبيعة الأساسية للضوء فحسب ، بل تعمل أيضًا كنقطة انطلاق لتطوير مواد متقدمة للتحكم في الضوء في كل من المكان والزمان. يمكن أن تساهم هذه المواد في التقنيات الجديدة وتساعد في دراسة ظواهر الفيزياء الأساسية ، مثل الثقوب السوداء.
تعتمد التجربة على مواد يمكنها تغيير خصائصها الضوئية في أجزاء من الثانية ، والتي يمكن استخدامها في التقنيات الجديدة أو لاستكشاف الأسئلة الأساسية في الفيزياء.
أظهرت التجربة الأصلية ذات الشق المزدوج ، التي أجراها توماس يونغ في المعهد الملكي عام 1801 ، أن الضوء يعمل كموجة. ومع ذلك ، أظهرت تجارب أخرى أن الضوء يتصرف في الواقع كموجة وكجسيمات – مما يكشف عن طبيعته الكمومية.
كان لهذه التجارب تأثير عميق على فيزياء الكم ، حيث كشفت عن الجسيمات المزدوجة وطبيعة الموجة ليس فقط للضوء ، ولكن “الجسيمات” الأخرى بما في ذلك الإلكترونات والنيوترونات والذرات الكاملة.
الآن ، أجرى فريق بقيادة علماء الفيزياء في إمبريال كوليدج لندن التجربة باستخدام “الشقوق” في الزمان بدلاً من الفضاء. لقد حققوا ذلك عن طريق إطلاق الضوء عبر مادة تغير خصائصها في جزء من الثانية (أربعة أجزاء من المليون من الثانية) ، مما يسمح للضوء بالمرور في أوقات محددة في تتابع سريع.
قال الباحث الرئيسي البروفيسور ريكاردو سابينزا ، من قسم الفيزياء في إمبريال: “تكشف تجربتنا المزيد عن الطبيعة الأساسية للضوء بينما تعمل كنقطة انطلاق لإنشاء المواد النهائية التي يمكنها التحكم بدقة في الضوء في كل من المكان والزمان. ”
نُشرت تفاصيل التجربة اليوم (3 أبريل 2023) في مجلة Nature Physics .
تضمن الإعداد الأصلي ذو الشق المزدوج توجيه الضوء إلى شاشة معتمة مع شقين متوازيين رفيعين فيه. خلف الشاشة كان هناك كاشف للضوء الذي يمر من خلاله.
للتنقل عبر الشقوق كموجة ، ينقسم الضوء إلى موجتين تمر خلال كل شق. عندما تعبر هذه الموجات مرة أخرى على الجانب الآخر ، فإنها “تتداخل” مع بعضها البعض. عندما تلتقي قمم الموجة ، فإنها تعزز بعضها البعض ، ولكن عندما تلتقي القمة والقاع ، تلغي بعضها البعض. هذا يخلق نمطًا مخططًا على الكاشف لمناطق أكثر ضوءًا وضوءًا أقل.
يمكن أيضًا تقسيم الضوء إلى “جسيمات” تسمى الفوتونات ، والتي يمكن تسجيلها وهي تضرب الكاشف واحدًا تلو الآخر ، مما يؤدي تدريجياً إلى بناء نمط التداخل المخطط. حتى عندما أطلق الباحثون فوتونًا واحدًا فقط في كل مرة ، استمر نمط التداخل في الظهور ، كما لو أن الفوتون انقسم إلى جزأين وانتقل عبر كلا الشقين.
في النسخة الكلاسيكية من التجربة ، يغير الضوء الخارج من الشقوق الفيزيائية اتجاهه ، لذلك يتم كتابة نمط التداخل في المظهر الجانبي الزاوي للضوء. وبدلاً من ذلك ، فإن الشقوق الزمنية في التجربة الجديدة تغير تردد الضوء ، مما يغير لونه. أدى هذا إلى إنشاء ألوان من الضوء تتداخل مع بعضها البعض ، مما يؤدي إلى تحسين وإلغاء ألوان معينة لإنتاج نمط من نوع التداخل.
كانت المادة التي استخدمها الفريق عبارة عن غشاء رقيق من أكسيد القصدير الإنديوم ، والذي يشكل معظم شاشات الهواتف المحمولة. تم تغيير انعكاس المادة بواسطة الليزر على نطاقات زمنية فائقة السرعة ، مما أدى إلى إنشاء “شقوق” للضوء. استجابت المادة بشكل أسرع بكثير مما توقع الفريق للتحكم بالليزر ، وتنوعت انعكاسها في بضع فيمتوثانية.
المادة عبارة عن مادة خارقة – تم تصميمها بحيث تكون لها خصائص غير موجودة في الطبيعة. مثل هذا التحكم الدقيق في الضوء هو أحد وعود المواد الخارقة ، وعندما يقترن بالتحكم المكاني ، يمكن أن يخلق تقنيات جديدة وحتى نظائرها لدراسة الظواهر الفيزيائية الأساسية مثل الثقوب السوداء.
قال المؤلف المشارك البروفيسور السير جون بندري: “تفتح تجربة شق الوقت المزدوج الباب أمام تحليل طيفي جديد تمامًا قادر على حل البنية الزمنية لنبضة ضوئية على مقياس فترة واحدة من الإشعاع.”
يريد الفريق بعد ذلك استكشاف الظاهرة في “بلورة زمنية” ، والتي تشبه البلورة الذرية ، ولكن حيث تختلف الخصائص الضوئية بمرور الوقت.
قال المؤلف المشارك البروفيسور ستيفان ماير: “إن مفهوم بلورات الوقت لديه القدرة على أن يؤدي إلى مفاتيح ضوئية فائقة
