Квантовые искры Герца
Это схема есть ни что иное как фундамент нашего современного беспроводного мира быстрых (часто надоедливых) сообщений, (часто пустых) коммуникаций, радио (с всегда несущими бред ведущими).
Эксперимент на схеме, проведённый одним из величайших учёных всех времён Генрихом Рудольфом Герцем, сделал (как и многие его другие работы) огромный вклад в развитие науки. Почти 150 лет назад Генрих Герц наблюдал, как искра проскочила между двумя заряженными металлическими шарами, вызвав вторую искру между двумя несвязанными металлическими шарами, находившимися на некотором расстоянии друг от друга – произошла первая беспроводная передача.
Декабрь 1888 года. Выходит его работа "О лучах электрической силы", где он доказывает справедливость теорий маэстро Максвелла. Этот год считается годом открытия электромагнитных волн.
Очень похожий процесс происходит и на атомном уровне: согласно теории, и там взаимодействия между электронами могут вызвать своего рода искру, возникающую между двумя атомами. Но наблюдать такую чрезвычайно короткую и маленькую квантовую искру совсем не просто.
«Обнаружение (герцевой) эмиссии нескольких электронов за цикл колебаний света поначалу казалось невыполнимой миссией», — говорит ведущий автор Том Сидей из Регенсбургского университета.
Однако для этого физики изобрели метод с более высокоточным разрешением как в пространстве, так и во времени. Аппарат представляет собой микроскоп с разрешением микрозонда с оптическим измерением сигнала. Назвали методику NOTE – Near-Field Optical Tunnelling Emission.
Основная рабочая часть состоит из атомарно-тонкого металлического наконечника, которые приближают к атомам на поверхности пробы. Затем зазор между ними, шириной всего в несколько Ангстрем, бомбардируется ультракороткими импульсами терагерцового излучения.
«Оптическое взаимодействие между зондом и пробой проявляется в амплитуде, длине волны и фазе рассеянного света», — объясняет команда.
Когда физики поднесли наконечник микроскопа к образцу так близко, что электронные орбитали атомов начали перекрываться с обеих сторон, обнаружилось нечто необычное.
„Затем появляется неклассический сигнал“, - сообщают Сидей и Хубер. „Это происходит в результате процесса излучения, вызванного электронами, туннелирующими между наконечником и пробой“.
Другими словами, их волновая квантово-физическая природа позволяет электронам перемещать свою вероятность пребывания от наконечника к атому в пробе и наоборот. На бытовом уровне, это было бы похоже на то, как если бы человек стоял по обе стороны двери одновременно. Это туннелирование, в свою очередь, вызывает оптический отклик – неклассическую „квантовую искру“. Туннелирование электронов изменяет колеблющееся электрическое поле излучаемого терагерцового излучения – таким образом, оно создает своего рода квантовую версию искры Герца.
„Рождение NOTA наступило, когда мы смогли показать, что входящие и исходящие световые волны были смещены во времени на четверть периода колебаний - всего на четверть триллионной доли секунды в нашем эксперименте“, – объясняет коллега Сидея, Йоханнес Хейс.
Физики объясняют, что благодаря этому открытию можно наблюдать, как волны материи движутся в замедленном темпе в масштабах атомной длины. С его помощью NOTE открывает совершенно новое понимание квантового движения электронов – квази-канал связи с нанокосмосом. Потому что впервые с помощью этого метода становится возможным прямое оптическое наблюдение процессов в масштабах длины отдельных атомов и во временных масштабах менее одной триллионной доли секунды.
Когда-нибудь доберемся и до Планковской длины.