Дуальная корпускулярно-волновая природа света принята научным сообществом на протяжении последних 110 лет — после публикации в 1905 году знаменитой работы Альберта Эйнштейна, объясняющей фотоэффект. Однако только сейчас другим швейцарским учёным удалось получить изображение света, проявляющего себя одновременно и как волна, и как частица. Ранее удавалось зафиксировать только одно из возможных проявлений природы света в определённый момент времени.
Исследовательская группа из Федеральной политехнической школы Лозанны во главе с Фабрицио Карбоне (Fabrizio Carbone) провела эксперимент, в котором для визуализации света использовались электроны. Благодаря оригинальной методике физики впервые в мире смогли зафиксировать на одном снимке, как свет одновременно ведёт себя как волна, и как поток частиц.
Для эксперимента использовался металлический нанопровод, на который был направлен лазерный луч. Луч возбуждает носители заряда в нанопроводе, и они начинают вибрировать. Свет при этом движется вдоль провода в двух возможных направлениях, подобно машинам на трассе. Когда волны, движущиеся в противоположных направлениях, встречаются, они суммируются и образуют новую — стоячую — волну. Эта стоячая волна становится источником света, который был зафиксирован сотрудниками ФПШЛ.
Получив это состояние, учёные направили к нанопроводу поток электронов, используя их для формирования изображения стоячей волны света. Электроны, взаимодействуя со светом, ускорялись либо замедлялись. Благодаря сверхбыстрому микроскопу, фиксирующему местоположение точек, в которых происходит изменение скорости электронов, Карбоне с сотрудниками смогли визуализировать стоячую волну, которая демонстрирует волновую природу света.
Квантовая природа света проявлялась в упомянутом выше взаимодействии электронов со стоячей волной. Изменение скорости электронов происходило в результате столкновения их с фотонами, вследствие обмена квантованными значениями энергии между электронами и фотонами. Само по себе появление этих квантов энергии демонстрирует проявление корпускулярной природы света, заключённого в нанопроводе.
«Данный эксперимент показывает, что нам удалось впервые снимать процессы квантовой механики со всеми её парадоксальными свойствами», — прокомментировал эксперимент Карбоне.
