Przeskocz do treści

Delta mi!

Loading

Aktualności (nie tylko) fizyczne

Egzotyczne trajektorie przez trzy szczeliny

Piotr Zalewski

o artykule ...

  • Publikacja w Delcie: maj 2017
  • Publikacja elektroniczna: 1 maja 2017
  • Wersja do druku [application/pdf]: (49 KB)

Słynny dwuszczelinowy eksperyment Younga, który przekonywał o falowej naturze światła, tak naprawdę dowodzi jego kwantowej natury. Interferencja nie znika, kiedy przepuszczamy przez szczeliny pojedyncze fotony, a nawet gdy zastąpimy je pojedynczymi obiektami tak skomplikowanymi jak fulereny.

W paradygmacie humanisty zadomowiło się jednak pojęcie dualizmu korpuskularno-falowego, pomimo tego że pochodzi ono z przedkwantowego słownika. A może właśnie dlatego?

Natomiast według obecnie najlepiej funkcjonującego modelu rzeczywistości interferencja bierze się z dodania amplitud odpowiadających wszystkim trajektoriom, nawet tym najbardziej egzotycznym. Im dziwniejsza droga, tym przyczynek od niej mniejszy. Dlatego w eksperymencie z dwiema szczelinami wystarczy uwzględnić amplitudy dróg przez każdą ze szczelin.

Podobnie jest w przypadku trzech szczelin. Wtedy jednak łatwo zauważyć pewne umiarkowanie egzotyczne trajektorie. Zamiast rozpatrywać dodatkową drogę, np. dookoła układu alfy Centauri (środek dydaktyczny Feynmana, propagatora całek po trajektoriach), wystarczy wyobrazić sobie, że foton np. może przejść przez pierwszą szczelinę, wrócić drugą, by ostatecznie przejść trzecią. Pamiętając ze szkoły, że światło (w próżni) rozchodzi się po liniach prostych, wydaje się, że możemy tę umiarkowanie egzotyczną marszrutę uznać za egzotyczną w stopniu wystarczającym, żeby jej wpływ zignorować.

Okazuje się, że zbyt pochopnie. Autorom pracy [1] udało się zaobserwować jej wpływ na rejestrowany obraz interferencyjny. Osiągnęli to dzięki wzmocnieniu efektu poprzez plazmoniczne wzbudzenia na powierzchni metalowej przesłony, co znacząco zwiększyło prawdopodobieństwo podążania fotonu egzotyczną trajektorią. Interferencję obserwowali wtedy, gdy oświetlana była tylko jedna szczelina, co pozornie jest sprzeczne z zasadą superpozycji kwantowej. Pozornie, bo po uwzględnieniu w obliczeniach egzotycznych trajektorii uzyskuje się przewidywanie zgadzające się z obserwowanym obrazem.

Jest to kolejny spektakularny przykład nieadekwatności niekwantowej wyobraźni. Wzięcie tego efektu pod uwagę może mieć niebagatelne znaczenie tak w badaniach testujących kwantową rzeczywistość, jak i ich praktycznych zastosowaniach.


Źródła
[1]
O.S. Magaña-Loaiza, I. De Leon, i inni, Exotic looped trajectories of photons in three-slit interference, Nature Communications 7, 13987 (2016), doi: 10.1038/ncomms13987