Büyük Britanya fizikçileri, ışığın hem dalga hem de parçacık olarak nasıl davrandığını gösteren ünlü çift yarık deneyini zamana dönüştürdü. Deneyde, optik özelliklerini saniyenin kesirleri içinde değiştirebildikleri için en son teknolojilerde ya da temel fizik konularını araştırmak için kullanılabilecek malzemelerden yararlanılıyor.
Thomas Young’ın 1801 Royal Institution çift yarık deneyi, ışığın bir dalga gibi davrandığını gösteren ilk deneydi. Bununla birlikte, daha fazla araştırma ışığın aslında hem dalga hem de parçacık davranışı sergilediğini ve kuantum karakterini gösterdiğini ortaya koydu.
Sadece ışığın değil, elektronlar, nötronlar ve tüm atomlar gibi diğer “parçacıkların” da ikili parçacık ve dalga doğası, kuantum fiziği üzerinde önemli bir etkiye sahip olan bu çalışmalarla gösterilmiştir.
Deney şimdi Imperial College London’dan fizikçilerin liderliğindeki bir ekip tarafından uzay yerine zamanda “yarıklar” kullanılarak gerçekleştirildi. Bunu, ışığı yalnızca belirli anlarda hızlı bir şekilde geçmesine izin veren ve özelliklerini femtosaniyeler içinde değiştiren bir maddeye yönlendirerek yapabildiler.
Deneyin baş araştırmacısı Imperial Fizik Bölümü’nden Profesör Riccardo Sapienza, “Deneyimiz ışığın temel doğası hakkında daha fazla bilgi verirken, ışığı hem uzayda hem de zamanda hassas bir şekilde kontrol edebilen nihai malzemelerin yaratılması için bir atlama taşı görevi görüyor” dedi.
İlk çift yarık konfigürasyonu, ışığın opak bir ekrandaki iki ince paralel yarıktan geçirilmesini gerektiriyordu. Perdenin arkasında perde boyunca ilerleyen ışık için bir dedektör bulunuyordu.
Işık, dalga olarak hareket etmek üzere yarıkların her birinden geçen iki dalgaya ayrılır. Bu dalgalar karşı tarafta tekrar kesiştiklerinde birbirleriyle “girişim” yaparlar. Dalganın tepe noktaları karşılaştıkları yerde birbirlerini güçlendirirken, tepe ve çukurlar birbirlerini iptal eder. Sonuç olarak, dedektör daha fazla ve daha az ışık alan çizgili bir desen geliştirir.
Çizgili girişim deseni, ışığı foton adı verilen “parçacıklara” bölerek de oluşturulabilir ve bunlar dedektöre her seferinde bir tane çarparak kaydedilebilir. Girişim deseni, her seferinde sadece bir foton ateşlendiğinde bile, foton ikiye bölünmüş ve her iki yarıktan geçmiş gibi görünmeye devam etti.
Girişim deseni, deneyin geleneksel versiyonunda ışığın açısal profilinde kaydedilir çünkü fiziksel yarıklardan gelen ışık yön değiştirir. Bunun yerine, yeni deneyin zamansal yarıkları ışığın frekansını değiştirerek tonunu değiştiriyor. Sonuç olarak, belirli renkler artarken diğer renkler iptal edildi ve girişim benzeri desen ortaya çıktı.
Çoğu cep telefonu ekranında kullanılan indiyum-tin-oksit ince film, ekibin çalışmak için seçtiği madde oldu. Lazerler malzemenin yansıtıcılığını son derece hızlı zaman dilimlerinde değiştirerek ışık için “yarıklar” oluşturdu. Materyal yansıtıcılığını femtosaniyeler içinde, ekibin beklediğinden çok daha hızlı bir şekilde değiştirdi.
Bu madde bir metamalzemedir, yani kendine özgü özelliklere sahip olacak şekilde yaratılmıştır. Metamalzemelerin vaatlerinden biri, uzaysal kontrolle birleştirildiğinde yeni teknolojilere ve hatta kara delikler gibi temel fizik olaylarını araştırmak için analoglara yol açabilecek olan ışığın bu kadar hassas bir şekilde kontrol edilmesidir.
Eş yazar Profesör Sir John Pendry’ye göre, ikiz zaman yarıkları deneyi “bir ışık atımının zamansal yapısını radyasyonun bir periyodu ölçeğinde çözebilen yepyeni bir spektroskopiye kapı açıyor”.
Ekibin bir sonraki hedefi, atomik kristallere benzeyen ancak zamanla değişen optik özelliklere sahip olan “zaman kristalleri “ndeki fenomeni araştırmak.
Ortak yazar Profesör Stefan Maier, zaman kristalleri fikrinin “ultra hızlı, paralelleştirilmiş optik anahtarlara yol açma potansiyeline sahip olduğunu” belirtti.
Kaynak: phys.org/news
