与过去的自己发生干涉：首次实现光的时间双缝干涉

1801年，英国科学家托马斯·杨 (Thomas Young) 进行了一项载入科学史册的实验：通过让光线穿过材料中的两个狭缝，他证明光的行为就像波一样，同时走不同的路径，一旦重新相遇就会发生干涉。

自那个开创性时刻以来，该实验被一再重复，用以证明电磁辐射的波状和粒子状行为。

还并不仅仅是光子。科学家们使用类似的实验来展示电子、中子和整个原子的波动性，从而建立了量子物理学的核心原则。

现在，科学家们用现代手法重新创造了杨的实验。他们没有使用在空间里的一对狭缝，而是借助快速调整材料反射率产生“时间狭缝”，测试光波干涉其自身过去和未来的能力。

“我们的实验揭示了光更多的基本性质，同时作为创造最终材料的垫脚石，这些材料可以在空间和时间上精确控制光的行为。”英国伦敦帝国理工学院的物理学家 Riccardo Sapienza 说。

Sapienza 和同事使用了一层薄薄的氧化铟锡——一种用于智能手机屏幕的材料。激光脉冲可改变它的反射率，创造两个不同的周期，在这两个周期之间，光照射到材料上，提供了不同的时间路径。最终单光波可以自我干涉。

时间差改变了光照射到材料时的频率，与经典实验不同，时间双缝产生不同颜色的干涉条纹，而非亮度差异的条纹。

“双时间狭缝实验为能够解析光脉冲时间结构的全新光谱学打开了大门。”伦敦帝国理工学院的物理学家 John Pendry 说。

有趣的是，狭缝打开的速度比科学家预期的要快得多——在 1 到 10 飞秒(千万亿分之一秒)之间。实验超出了理论模型，表明需要重新考虑模型：材料不一定完全按照科学家认为的方式与光相互作用。

拥有这样一种材料，它可以在绝对微小的时间尺度内改变它对光的反应方式，可能有助于开发新技术和深入挖掘量子物理学的奥秘。

接下来，该团队想在另一种材料(时间晶体)上尝试“时间扭曲”。

“时间晶体的概念有可能导致超快的并行光开关。”伦敦帝国理工学院的物理学家 Stefan Maier 说。

该研究已发表在《自然·物理学》上。

https://www.sciencealert.com/new-spin-on-famous-physics-experiment-shows-light-interfering-with-its-own-past

Recommend