/cdn.vox-cdn.com/uploads/chorus_asset/file/25255185/246965_vision_pro_VPavic_0001.jpg)
Po pierwsze, naukowcy wykazali, że mogą przesyłać światło przez „pęknięcia” w czasie.
Nowy eksperyment jest odmianą 220-letniej demonstracji, w której światło świeci przez dwie szczeliny w ekranie, tworząc unikalny wzór dyfrakcji w przestrzeni, w którym szczyty i doliny fali świetlnej gromadzą się lub znoszą. W nowym eksperymencie naukowcy stworzyli podobny wzór w czasie, zasadniczo zmieniając kolor bardzo dużego impulsu laserowego.
Odkrycia torują drogę postępom w komputerach analogowych, które manipulują danymi wydrukowanymi na wiązkach światła, a nie bitach cyfrowych – i mogą sprawić, że takie komputery „uczą się” z danych. Pogłębiają również nasze zrozumienie fundamentalnej natury światła i jego interakcji z materią.
Nowe badanie opisano 3 kwietnia w czasopiśmie Nature Physics (Otwiera się w nowej karcie)Naukowcy wykorzystali tlenek cyny indu (ITO), który jest materiałem występującym w większości ekranów telefonów. Naukowcy wiedzieli już, że ITO może zmienić się z przezroczystego na odblaskowy w odpowiedzi na światło, ale naukowcy odkryli, że dzieje się to znacznie szybciej niż wcześniej sądzono, w mniej niż 10 femtosekund (10 milionowych części miliardowej sekundy).
„To była bardzo duża niespodzianka i na początku było to coś, czego nie mogliśmy wyjaśnić” – powiedział główny autor badania Riccardo Sapienzy (Otwiera się w nowej karcie), fizyk z Imperial College London, powiedział Live Science. Ostatecznie naukowcy odkryli, dlaczego reakcja zachodzi tak szybko, badając teorię reakcji elektronów w ITO na padające światło. „Ale zajęło nam dużo czasu, aby to zrozumieć”.
Wymiana czasu w przestrzeni
Angielski naukowiec Thomas Young po raz pierwszy zademonstrował falową naturę światła za pomocą klasycznego obecnie eksperymentu z „podwójną szczeliną” w 1801 roku. Kiedy światło pada na ekran z dwiema szczelinami, fale zmieniają kierunek, tak że fale wychodzące z jednej szczeliny zakłócają fale przechodzące przez drugą. Wierzchołki i dna tych fal dodają się lub znoszą, tworząc jasne i ciemne prążki, zwane wzorem interferencyjnym.
W nowym badaniu Sapienza i współpracownicy odtworzyli taki wzór interferencji w czasie, emitując impuls lasera „pompy” na ekran pokryty ITO. Podczas gdy ITO był początkowo przezroczysty, światło lasera zmieniło właściwości elektronów wewnątrz materiału, tak że ITO odbijało światło jak lustro. Kolejna wiązka laserowa „sondy” uderzy następnie w ekran ITO z tą tymczasową zmianą właściwości optycznych jako podział czasu wynoszący zaledwie kilkaset femtosekund. Za pomocą drugiego impulsu lasera pompującego sprawiłem, że materiał zachowywał się tak, jakby miał dwie szczeliny w czasie, analogicznie do światła przechodzącego przez dwie przestrzenne podwójne szczeliny.
Podczas gdy przejście przez konwencjonalne szczeliny przestrzenne powoduje, że światło zmienia kierunek i rozchodzi się, podczas gdy światło przechodzi przez te podwójne „szczeliny czasowe”, zmienia częstotliwość, która jest odwrotnie proporcjonalna do długości fali. To długość fali światła widzialnego określa jego kolor.
W nowym eksperymencie wzór interferencji pojawił się jako prążki lub dodatkowe piki w widmach częstotliwości, które są histogramami natężenia światła mierzonego przy różnych częstotliwościach. Tak jak zmiana odległości między szczelinami przestrzennymi zmienia wynikowy wzór interferencji, tak opóźnienie między szczelinami czasowymi wymusza rozmieszczenie końcówek interferencji w widmach częstotliwości. Liczba prążków w tych wzorach interferencyjnych, które są widoczne, zanim ich amplituda spadnie do poziomu szumu tła, pokazuje, jak szybko zmieniają się właściwości ITO; Substancje o powolnych reakcjach wytwarzają mniej wykrywalnych prążków interferencji.
To nie pierwszy raz, kiedy naukowcy wymyślili, jak manipulować światłem w czasie, a nie w przestrzeni. Na przykład naukowcy V.N Google twierdzi, że jego komputer kwantowy „Sycamore” stworzył kryształ czasunowa faza materii, która zmienia się okresowo w czasie, w przeciwieństwie do układania atomów w okresowy wzór w przestrzeni.
Andrea Ali (Otwiera się w nowej karcie)fizyk z City University of New York, który nie był zaangażowany w te eksperymenty, ale przeprowadził osobne eksperymenty, które tworzyły odbicia światła w czasie, nazwał to kolejną „fascynującą demonstracją” wymiany czasu i przestrzeni.
„Najważniejszym aspektem eksperymentu jest to, że pokazuje, jak możemy zmienić przenikalność [which defines how much a material transmits or reflects light] Ten artykuł (ITO) jest bardzo szybki i dostępny w dużej ilości”, powiedział Alù w rozmowie z Live Science za pośrednictwem poczty elektronicznej. Potwierdza to, że materiał ten może być idealnym kandydatem do demonstracji odwrócenia czasu i kryształów czasu. „
Naukowcy mają nadzieję wykorzystać te zjawiska do tworzenia metamateriałów lub struktur zaprojektowanych w celu zmiany ścieżki światła w określony i często złożony sposób.
Do tej pory te metamateriały były statyczne, co oznacza, że zmiana sposobu, w jaki metamateriały wpływają na ścieżkę światła, wymaga użycia zupełnie nowej architektury metamateriałów – na przykład nowego komputera analogowego do każdego rodzaju obliczeń, powiedział Sapienza.
„Mamy teraz materiał, który możemy odtworzyć, co oznacza, że możemy go użyć do więcej niż jednego celu” – powiedział Sapienza. Dodał, że taka technologia może umożliwić obliczenia neuronowe, które naśladują mózg.
„Kawioholik. Fanatyk alkoholu na całe życie. Typowy ekspert podróży. Skłonny do napadów apatii. Internetowy pionier”.
More Stories
Naukowcy odkrywają „niespodziankę”, która zmienia ich rozumienie wszechświata
Znalezienie najbardziej obiecujących oznak życia na innej planecie, dzięki uprzejmości Jamesa Webba
Metan marsjański wprawia naukowców w zakłopotanie: zaskakujące odkrycie łazika Curiosity