Istraživači koledža za optiku i fotoniku Univerziteta Centralne Floride postigli su prvo posmatranje de Brolj-Makinonovih talasnih paketa iskorišćavanjem rupe u teoremi laserske fizike iz 1980-ih.
Istraživački rad CREOL-a i profesora Centra za fotoniku na Floridi Ajmana Aburadija i istraživačkog asistenta Lejtona Hala objavljen je u časopisu Nature Physics.
Posmatranje optičkih de Broglie-Makinonovih talasnih paketa naglašava istraživanje tima koristeći klasu impulsnih laserskih zraka koje nazivaju prostorno-vremenskim talasnim paketima.
U intervjuu sa dr Aburadijem, on daje više uvida u istraživanja svog tima i šta ona mogu imati za budućnost.
U ranim danima razvoja kvantne mehanike pre skoro 100 godina, Luj de Brolj je napravio ključni konceptualni prodor u identifikaciji talasa sa česticama, koji se ponekad naziva dualitet talas-čestica. Međutim, ključna dilema nije razrešena. Čestice su prostorno stabilne: njihova veličina se ne menja dok putuju, ali se talasi menjaju, šireći se u prostoru i vremenu. Kako se može konstruisati model od talasa koje je predložio de Brolj, a koji ipak tačno odgovaraju čestici?
Sedamdesetih godina prošlog veka L. Mekinon je predložio rešenje kombinovanjem Ajnštajnove specijalne teorije relativnosti sa de Broljevim talasima da bi se konstruisao stabilan ‘talasni paket’ koji se ne širi i tako može da prati putujuću česticu. Ovaj predlog je prošao nezapaženo jer nije postojala metodologija za proizvodnju takvog talasnog paketa. Poslednjih godina, moja grupa je radila na novoj klasi impulsnih laserskih zraka koje smo nazvali ‘prostorno-vremenski talasni paketi’, koji rigidno putuju u slobodnom prostoru.
U našem nedavnom istraživanju, Lejton je proširio ovo ponašanje na propagaciju u disperzivnim medijima, koji normalno rastežu optičke impulse – osim paketa prostorno-vremenskih talasa koji se opiru ovom istezanju. On je prepoznao da propagacija prostorno-vremenskih talasnih paketa u medijumu sa posebnom vrstom disperzije (takozvana ‘anomalna’ disperzija) odgovara Mekinonovom predlogu. Drugim rečima, prostorno-vremenski talasni paketi drže ključ za konačno ostvarenje de Broljovog sna. Izvođenjem laserskih eksperimenata duž ovih linija, po prvi put smo primetili ono što smo nazvali de Broglie-Makinon talasni paketi i verifikovali njihova predviđena svojstva.
Postoji nekoliko jedinstvenih aspekata ovog rada. Ovo je prvi primer impulsa koji se nepromenljivo širi u medijumu sa anomalnom disperzijom. U stvari, dobro poznata teorema laserske fizike iz 1980-ih nastoji da dokaže da je takav podvig nemoguć. Našli smo rupu u toj teoremi koju smo iskoristili u dizajniranju naših optičkih polja.
Takođe, sva dosadašnja impulsna polja koja se prostiru bez promena su bila u obliku slova X. Dugo se teoretisalo da bi trebalo da postoje talasni paketi nepromenljivi u obliku slova O, ali oni nikada nisu primećeni. Naši rezultati otkrivaju prve primećene talasne pakete u obliku slova O.
Ne znamo još tačno. Međutim, ovi nalazi imaju praktične posledice u smislu širenja optičkih impulsa u disperzivnim medijima bez štetnog uticaja disperzije.
Ovi rezultati mogu otvoriti put optičkim testovima rešenja Klein-Gordonove jednačine za masivne čestice, i čak mogu dovesti do sinteze nedisperzivnih talasnih paketa koristeći talase materije. Ovo bi takođe omogućilo nove tehnike sensinga i mikroskopa.
Ovaj rad je deo veće studije o karakteristikama širenja prostorno-vremenskih talasnih paketa. Ovo uključuje širenje prostorno-vremenskih talasnih paketa na velike udaljenosti koje testiramo u UCF-ovom Institutu za nauku i tehnologiju (TISTEF) na svemirskoj obali Floride. Iz fundamentalne perspektive, optički spektar koji smo koristili u našim eksperimentima leži na zatvorenoj putanji. Ovo nikada ranije nije postignuto i otvara put proučavanju topoloških struktura svetlosti na zatvorenim površinama.
