Как ты мне, как и я тебе
Рыба или плоть, частицы или волны, немного того и другого, а на самом деле где-то посередине - на самом деле не так просто описать, что такое свет. И что еще хуже, то же самое верно и для материи. Поскольку свет и материя хорошо взаимодействуют из-за их общих свойств, ученые любят использовать электромагнитные волны для получения информации о своих материальных объектах. Они часто определяют атомную структуру кристаллов с помощью рентгеновских лучей. Группа австрийских физиков теперь показала, что это работает и наоборот: они бомбардировали «кристалл света» атомным лучом и получили типичную интенсивность схема распределения, в которой скрыты наиболее важные характеристики «Кристаллов». Вообще говоря, кристалл - это правильное расположение объектов. Обычно это атомы или молекулы, которые собираются по типичному образцу, пока иногда их даже не видно невооруженным глазом. Существует большая свобода действий для состава и геометрического расположения строительных блоков различных кристаллов. Он варьируется от самого простого алмаза, состоящего только из атомов углерода, каждый из которых находится на концах воображаемого тетраэдра, до поваренной соли с ионами натрия и хлора, чередующимися по углам куба, до белка, состоящего из тысяч атомы различных элементов находятся в сложном пространственном отношении друг к другу. Зная точный состав и распределение строительных блоков, ученые могут вывести свойства вещества, поэтому различные методы выяснения структуры представляют большой интерес для отдельных дисциплин.
Очень удачным методом является рентгенологическое исследование. На образец направляется рентгеновский луч, который особым образом отклоняется за счет взаимодействия с атомами или молекулами. Поскольку отдельные парциальные лучи прошли разные пути разной длины, они частично компенсируют друг друга или усиливают друг друга. Эта интерференция вызывает типичную картину областей высокой или низкой интенсивности на детекторе за образцом, по которой можно определить положение атомов.
Но не только свет иногда ведет себя как волна и поэтому может образовывать интерференционные картины, материя тоже имеет волновой характер. Вот почему рабочая группа под руководством Антона Цайлингера из Университета Инсбрука смогла поменяться ролями в эксперименте: исследователи бомбардировали «кристалл» света атомным лучом инертного газа аргона (Physical Review A от июля 1999 г.)., Аннотация).
Они создали свой «кристалл света» с помощью лазера, свет которого отражался на золотом зеркале. При умелом подборе условий образовалась стоячая световая волна: ровная последовательность светлых и темных участков. Эти максимумы и минимумы интенсивности соответствуют атомам и междоузлиям, соответственно, в типичном кристалле вещества.
Ещё в 1996 году группе Цайлингера удалось продемонстрировать, что такой «кристалл света» может влиять на атомные лучи, проходящие через него. Распределение интенсивности за образцом в новых экспериментах делает прямую аналогию с так называемым брэгговским рассеянием рентгеновских лучей на кристаллах вещества еще яснее. Как и в случае структурного анализа с использованием рентгеновского излучения, расположение рассеивающих центров в «световом кристалле» можно вывести из интерференционной картины.
Исследователи надеются, что прогресс и результаты их экспериментов дадут им новое понимание разнообразных взаимодействий между светом и материей. Что они находят особенно привлекательным в «кристаллах света», так это то, что они могут создавать типы кристаллов, комбинируя различные стоячие волны, которые не известны в природе. Куча новеньких кубиков в наборе Кристаллографа.
Heidelberger Verlag Spektrum der Wissenschaft является оператором этого портала. Его электронные и печатные журналы, в том числе «Spektrum der Wissenschaft», «Gehirn&Geist» и «Spektrum - Die Woche», сообщают о текущих результатах исследований.