Fantasztikus kísérlet: magyar kutatók felfedezése, ami megváltoztatja a tudomány világát!

A fény kettős természete a Wigner FK kísérleteiben

Évszázadokon át tartott a vita a fizikusok között, hogy a fény részecskékből áll, vagy inkább hullámtermészetű. Ma már tudjuk, hogy mindkét megközelítés igaz. A HUN-REN Wigner Fizikai Kutatóközpontban végzett különleges kísérlet most megmutatta a lézerfény kettős természetét.

A fizikusokat évszázadokon át foglalkoztatta a kérdés, milyen természetű valójában a fény: elsősorban hullámnak vagy inkább részecskék összességének tekinthető? Ez a vita már a XVII. században kibontakozott. Newton inkább abban hitt, hogy a fény részecskékből áll, Huygens viszont hullámként képzelte azt el.

A XIX. századi felismerés, miszerint a fény elektromágneses hullám, eldönteni látszott a vitát. A fényelektromos hatás észlelése azonban zavart okozott, hiszen a kutatók észrevették, hogy a fény fémfelületekről elektronokat tud kiszakítani, ami a részecsketermészetre utal. Ez a hatás elsősorban azonban nem a fény erősségétől, hanem sokkal inkább a hullámhosszától függ.

Einstein 1905-ben írta le híres fényelektromos formuláját, amelyért 1921-ben elnyerte a Nobel-díjat. Egyenletében egyértelműen megjelenik a fény részecskéinek, az úgynevezett fotonoknak az energiája, a magyarázat pedig számtalan igazolást nyert az azóta eltelt 120 évben.

A HUN-REN Wigner Fizikai Kutatóközpontban olyan lézeres kísérleteket végeztek, amelyekben kirajzolódik a fény kettős természete: amikor nanorészecskékkel lép kölcsönhatásba, a lézerfény részecskeként és hullámként viselkedve kelt elektronokat – írja a HUN-REN.

A fizikusok budapesti kísérleteikben femtoszekundumos (10–15 másodperces) lézerfény-felvillanásokkal szakítottak ki elektronokat arany nanorészecskékből, majd megmérték az így kilépő elektronok mozgási energiáját. A lézerfény erősségének nagyon finom hangolásával találtak egy olyan tartományt, amelyen belül a lézerfény elsősorban részecskeként hat az elektronokra, ezt hívják sokfotonos emissziónak.

Ugyanennél a fényintenzitásnál azonban másként viselkedő elektronokat is észleltek, amelyekre a lézerfény elektromágneses hullámként hatott (újraszóródó elektronok). Az infravörös lézeren alapuló kísérletnek az volt a szépsége, hogy a fény kétféle viselkedését egy kísérleten belül egyértelműen láttuk – foglalta össze ezt az eredményt Dombi Péter, a Wigner FK Ultragyors Nanooptika Kutatócsoportjának vezetője.

Bánhegyi Balázs doktorandusz, a cikk első szerzője hozzátette: „Ez az eredmény azt is mutatja, hogy az alapkutatások során elég mélyre pillantva a már teljességgel ismertnek vélt fizikai folyamatokról is mindig lehet valami újat felfedezni, ami sok motivációt jelent a kutatások folytatásához.” A budapesti kutatók eredményeit leíró közlemény a rangos Physical Review Letters folyóiratban jelent meg.

A kísérletekhez a szegedi ELI Lézeres Kutatóintézet Nanofabrikációs Laboratóriuma is hozzájárult speciálisan megtervezett nanorészecskék előállításával.

Érdekesség: A fényelektromos hatás, amely a fény részecsketermészetére utal, már a 19. század végén is ismert volt, de Einstein magyarázata tette lehetővé a modern fotonika fejlődését.

Források: HUN-REN Wigner Fizikai Kutatóközpont, Physical Review Letters