Valo on aaltoja ja hiukkasia

Kuva näyttää valon yhtaikaa aaltoina ja hiukkasina

Fyysikot ovat kauan tienneet, että valo koostuu sekä aalloista että hiukkasista. Valon kaksijakoinen luonne onnistuttiin kuitenkin vasta äskettäin ensi kertaa vangitsemaan kuvaan.

perjantai 22. toukokuuta 2015 teksti Malene Breusch Hansen

Sveitsiläistutkijat kuvasivat valoaallot ja valohiukkaset yhtaikaa

Jo vuonna 1905 Albert Einstein kehitti teorian, joka ennusti, että valo ei ainoastaan liiku aaltoina niin kuin ääni vaan että valo koostuu samanaikaisesti pienistä hiukkasista – valokvanteista eli fotoneista.

Sittemmin valon kaksoisluonne on todistettu lukuisissa kokeissa, mutta koskaan ei ole onnistuttu vangitsemaan kuvaan valon leviämistä sekä aaltoina että hiukkasina yhtaikaa. Nyt uraauurtava kuva on saatu.

Sveitsiläisen Lausannen yliopiston tutkijaryhmä käytti aivan uudenlaista menetelmää saadakseen kuvan valosta, joka liikkuu samanaikaisesti aaltoina ja pieninä hiukkasina. Kuva on tämän artikkelin yläosassa.

Näin kuva otettiin:

1) Tutkijat ampuivat lasersäteen nanokokoista metallilankaa kohti. Laser luovutti energiaa lankaan ja sai siinä olevat hiukkaset värähtelemään.

2) Valo liikkui lankaa pitkin molempiin suuntiin. Kun kustakin suunnasta tulevat valohiukkaset kohtasivat toisensa, ne loivat uuden valoaallon, joka näytti siltä, että se seisoi paikallaan. Juuri tämän valoaallon tutkijat saattoivat vangita nanolangan ympäriltä.

3) Tutkijat ohjasivat elektronisuihkun valoaallon ja nanolangan sivuitse. Kun elektronit osuivat valoaaltoon, jotkin elektroneista saivat lisää energiaa ja vauhtia, kun taas toiset menettivät energiaansa ja vauhtiaan. Nopeuden muutoskohdat voitiin nähdä seisovana aaltona ultranopealla mikroskoopilla.

Kuvaus osoitti samalla, että valo koostuu myös hiukkasista: elektronit eivät voisi reagoida valon kanssa, jos siinä ei olisi hiukkasia.

Valon valokuvaa voidaan käyttää kvanttitietokoneiden kehittämiseen

Elektronien ja fotonien välistä energian vaihtoa kutsutaan kvanttimekaniikaksi. Nyt kun tutkijat pääsevät näin lähelle kvanttimekaniikan saloja, he voivat hyödyntää tietojaan muun muassa entistä parempien kvanttitietokoneiden kehittämiseen.

Lue lisää muun muassa valoaalloista ja -hiukkasista Salamakurssin valoa käsittelevästä artikkelista:

Lue tästä

Ehkä sinua kiinnostaa...

TILAA TIETEEN KUVALEHDEN UUTISKIRJE

Voit ladata ilmaisen erikoisnumeron, Uskomattomat aivot, heti, kun olet tilannut uutiskirjeen.

Etkö löytänyt, mitä etsit? Tee haku tästä: