重现双缝实验 证明光在时间而不是空间上的波动性质

物理学家重现了著名的双缝实验，该实验显示光在时间而不是空间上表现为粒子和波。

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的基本问题。

1801年由皇家研究所的托马斯·杨(Thomas Young)进行的原始双缝实验表明，光起着波的作用。然而，进一步的实验表明，光实际上既是波又是粒子，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的性质，还揭示了包括电子、中子和整个原子在内的其他“粒子”的双重粒子和波的性质。

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不是空间的“狭缝”进行了实验。他们通过一种在飞秒(千万亿分之一秒)内改变其特性的材料发射光来实现这一点，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，同时作为创造终极材料的垫脚石，可以在空间和时间上精确控制光。

实验详情今日(3月<>日)发表于《自然物理学》。

最初的双缝设置涉及将光线引导到带有两个平行细缝的不透明屏幕上。屏幕后面是一个探测器，用于检测通过的光线。

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。这会在检测器上创建较多光和较少光区域的条纹图案。

光也可以被包裹成称为光子的“粒子”，可以记录一次击中探测器的次数，逐渐建立条纹干涉图案。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。

在实验的经典版本中，从物理狭缝中发出的光会改变其方向，因此干涉图案被写在光的角度轮廓中。相反，新实验中的时间狭缝会改变光的频率，从而改变其颜色。这会产生相互干扰的光色，增强和抵消某些颜色以产生干涉型图案。

该团队使用的材料是一层铟锡氧化物薄膜，它构成了大多数手机屏幕。这种材料的反射率被激光在超快的时间尺度上改变，为光创造了“狭缝”。这种材料对激光控制的响应速度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中没有的特性。这种对光的精细控制是超材料的承诺之一，当与空间控制相结合时，可以为研究黑洞等基本物理现象创造新技术甚至类似物。

共同作者John Pendry教授说：“双时间狭缝实验为一种全新的光谱学打开了大门，该光谱学能够在辐射的一个周期尺度上解析光脉冲的时间结构。

接下来，研究小组希望在“时间晶体”中探索这种现象，它类似于原子晶体，但光学性质随时间变化。

共同作者Stefan Maier教授说：“时间晶体的概念有可能导致超快，并行的光开关。

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