Физики провели самый маленький в мире эксперимент с двумя щелями

Немецкие физики повторили знаменитый эксперимент Янга с двумя щелями, который, по словам нобелевского лауреата Ричарда Фейнмана, «содержит суть квантовой механики». По их словам, он стал самым маленьким в мире.

Результатами своих экспериментов экспериментаторы поделились на страницах Nature Photonics. Впервые им удалось точно измерить преломление рентгеновских лучей в нанометровом масштабе и на этой основе определить природу их взаимодействия с атомными ядрами.

«Наш рентгеновский интерферометр, вероятно, самый маленький в мире: расстояние между двумя щелями составляет всего 50 нанометров, что примерно в тысячу раз тоньше человеческого волоса», — говорит ведущий автор Леон М. Лозе из Геттингенского университета (он проводил эту работу, находясь в Гамбургском университете).

Эксперименты проводились на Европейском источнике синхротронного излучения в Гренобле. Ученые поместили атомы изотопа железа 57Fe в одну из двух щелей.

"Самое удивительное то, что наш эксперимент проводился в основном с одиночными рентгеновскими фотонами. Каждый из них проходит через обе щели одновременно", - говорит физик.

Роль экрана выполнял специальный полупроводниковый детектор. С его помощью исследователи наблюдали характерные интерференционные картины, по которым можно судить о величине преломления света. А на основе преломляющей способности они смогли восстановить параметры взаимодействия между рентгеновскими фотонами и атомами железа.

Создание интерферометра для рентгеновских лучей — задача нетривиальная: она должна быть предельно точной, поскольку рентгеновские волны очень слабо преломляются, а длина их волны чрезвычайно коротка — примерно в тысячу раз короче, чем у видимого света, и даже меньше типичного расстояния между атомами в веществе.

В то же время преломление рентгеновских лучей имеет огромное практическое значение. Например, его используют в фазово-контрастной рентгеновской микроскопии для получения детальных 3D-изображений биологических образцов, не повреждая их. Кроме того, он предоставляет информацию об атомах, составляющих вещество, и их взаимном расположении — детали, к которым до сих пор исследователям было трудно получить доступ.

"Наш эксперимент открывает множество новых направлений исследований. Он показывает, как преломление света дает информацию, которую невозможно получить из традиционно измеренного ослабления излучения - особенно в отношении атомных резонансов", - резюмирует профессор Тим Залдитт из Геттингенского университета, один из руководителей эксперимента.

Работа закладывает основы систематического и точного измерения показателя преломления различных химических элементов в рентгеновском диапазоне. В будущем это может привести к созданию рентгеновских «оптических чипов».