Физики провели самый маленький в мире двухщелевой эксперимент
Немецкие физики повторили знаменитый двухщелевой эксперимент Юнга, о котором нобелевский лауреат Ричард Фейнман говорил, что в нем «заложено сердце квантовой механики». По их утверждению, он стал самым маленьким в мире.
Результатами опытов экспериментаторы поделились на страницах Nature Photonics. Им впервые удалось в масштабах нанометров точно измерить преломление рентгеновских лучей, и на этой основе определить характер 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», — утверждает ведущий автор исследования Леон М. Лозе из Гёттингенского университета (эту работу он проводил, числясь в Гамбургском университете).
Эксперименты выполнялись на Европейском источнике синхротронного излучения в Гренобле. Ученые поместили атомы изотопа железа 57Fe в одну из двух щелей.
«Самое удивительное, что наш эксперимент проводился в основном с одиночными рентгеновскими фотонами. Каждый из них проходит сквозь 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 по силе преломления они смогли восстановить параметры взаимодействия между рентгеновскими фотонами и атомами железа.
Сделать интерферометр для рентгена — задача нетривиальная: он должен быть исключительно точным, поскольку рентгеновские волны преломляются очень слабо, а их длина чрезвычайно мала — примерно в тысячу раз короче, чем у видимого света, и даже меньше типичного расстояния между атомами в веществе.
Вместе с тем преломление рентгеновских лучей несет огромную практическую ценность. Например, оно используется в фазово-контрастной рентгеновской микроскопии для получения детальных трехмерных изображений биологических образцов без их повреждения. Кроме того, оно дает информацию об атомах, входящих в состав вещества, и об их взаимном расположении — о деталях, которые до сих пор были труднодоступны для исследователей.
«Наш эксперимент открывает множество новых направлений исследований. Он показывает, как преломление света дает информацию, которую не получить из обычно измеряемого ослабления излучения — особенно в том, что касается атомных резонансов», — резюмирует профессор Тим Зальдитт из Гёттингенского университета, один из руководителей эксперимента.
Работа закладывает основу для систематического и точного измерения показателя преломления различных химических элементов в рентгеновском диапазоне. В будущем это может привести к созданию рентгеновских «оптических чипов».