双缝实验证明了及时探索的光的波动性

帝国物理学家重建了著名的双缝实验，该实验表明光在时间而非空间中表现为粒子和波。

该实验依赖于可以在几分之一秒内改变其光学特性的材料，这些材料可用于新技术或探索物理学中的基本问题。

1801 年，托马斯·扬 (Thomas Young) 在皇家研究所进行的最初双缝实验表明，光表现为波。然而，进一步的实验表明，光实际上既表现为波又表现为粒子——揭示了它的量子性质。

这些实验对量子物理学产生了深远的影响，不仅揭示了光的双重粒子和波动性质，还揭示了其他“粒子”，包括电子、中子和整个原子。

现在，由伦敦帝国理工学院物理学家领导的一个团队使用时间而非空间的“狭缝”进行了实验。他们通过一种材料发射光来实现这一点，该材料会在飞秒(千万亿分之一秒)内改变其特性，只允许光在特定时间快速连续通过。

来自帝国理工学院物理系的首席研究员Riccardo Sapienza 教授说：“我们的实验揭示了更多关于光的基本性质，同时作为创造可以在空间和时间上精确控制光的终极材料的垫脚石。 ”

该实验的详细信息今天发表在《自然物理学》上。

最初的双缝设置涉及将光线引导到一个不透明的屏幕上，屏幕上有两条平行的细缝。屏幕后面是一个探测器，用于检测穿过的光。

为了以波的形式穿过狭缝，光分裂成两个波，穿过每个狭缝。当这些波在另一侧再次交叉时，它们会相互“干扰”。在波峰相遇的地方，它们相互增强，但在波峰和波谷相遇的地方，它们相互抵消。这会在光线较多和光线较少的区域的检测器上产生条纹图案。

光也可以被分解成称为光子的“粒子”，这些粒子一次一个地撞击探测器，逐渐形成条纹干涉图案。即使研究人员一次只发射一个光子，干涉图案仍然会出现，就好像光子一分为二并穿过两个狭缝一样。

在该实验的经典版本中，从物理狭缝射出的光改变了方向，因此干涉图案被写入光的角度轮廓中。相反，新实验中的时间缝改变了光的频率，从而改变了它的颜色。这产生了相互干扰的光的颜色，增强和抵消了某些颜色以产生干涉型图案。

该团队使用的材料是形成大多数手机屏幕的氧化铟锡薄膜。这种材料的反射率在超快时间尺度上被激光改变，为光创造了“狭缝”。该材料对激光控制的反应比团队预期的要快得多，在几飞秒内改变其反射率。

这种材料是一种超材料——一种被设计成具有自然界所没有的特性的材料。对光的这种精细控制是超材料的前景之一，当与空间控制相结合时，可以创造新技术甚至类似物来研究黑洞等基本物理现象。

合著者约翰·彭德利爵士教授说：“双时间狭缝实验为全新的光谱学打开了大门，该光谱学能够在一个辐射周期的尺度上解析光脉冲的时间结构。”

该团队下一步想探索“时间晶体”中的现象，它类似于原子晶体，但光学特性随时间变化。

共同作者Stefan Maier 教授说：“时间晶体的概念有可能导致超快的并行光开关。”

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