Юный техник, 2015 № 07

УДИВИТЕЛЬНО, НО ФАКТ! Портрет двуликого фотона

Еще в 1905 году, то есть 110 лет тому назад, известный теоретик Альберт Эйнштейн проводил опыты по наблюдениям фотоэлектрического эффекта, за что впоследствии и был удостоен Нобелевской премии. При этом он обратил внимание, что атомы некоторых металлов испускают свободные электроны под воздействием падающего на них света.

Почему так? Поразмыслив, Эйнштейн пришел к выводу о том, что луч света является не просто волной электромагнитного излучения, а состоит из дискретных «энергетических волновых пакетов», называемых фотонами, которые и сбивают электроны в атомах с их орбит.

Впоследствии этот принцип дуализма, то есть двойственности природы света, закрепился в физике. Однако до последнего времени никому еще не удавалось непосредственно наблюдать фотон в образе волны и частицы. Лишь недавно ученые из Швейцарского федерального политехнического университета Лозанны, Швейцария, используя так называемые поляритоны в ходе достаточно сложного эксперимента, впервые в истории получили портрет фотона, на котором наглядно проявилась двойственность его натуры.

Поляритон — это устройство, состоящее, как сообщают физики, из трех компонентов: оптического резонатора — набора из двух зеркал-отражателей, заключенной между ними световой волны и квантового колодца — атома и вращающегося вокруг него электрона, который периодически поглощает и испускает квант света.

Исследователи создали такой поляритон, за «переключениями» которого они могли следить при помощи электронного микроскопа.

Им удалось достичь этого благодаря плазменным резонаторам — другой относительно новой технологии, позволяющей преобразовать коллективные колебания электронов в металлах в свет, тепло и другие формы энергии или же поглощать их.

Роль такого резонатора играла небольшая серебряная нанонить, которую ученые периодически облучали ультракороткими импульсами лазера.

Лазер придал энергию заряженным частицам в нанонити, заставляя их вибрировать. Свет стал перемещаться по нити в противоположных направлениях (как машины на двухполосной магистрали). При встрече этих двух волн образовалась третья. Именно за ней наблюдали экспериментаторы.

В общем, согласитесь, разобраться в этом так же непросто, как в самом фотоне. Но, так или иначе, появился снимок, на котором портрет фотона представлен, причем в цветном изображении. На нем, если присмотреться, видно, как частицы в правом верхнем углу постепенно превращаются в волны, обозначенные синим цветом.

В. ЧЕРНОВ