Jakby nie patrzeć, o tzw. dualizmie korpuskularno-falowym uczymy się już w szkole podstawowej. Wtedy to dowiadujemy się o tym, że materia czasami może zachowywać się jak cząstka, a czasami jak fala. W jednej sytuacji jesteśmy w stanie precyzyjnie ustalić położenie cząstki oraz jej pęd, a w innej materia wykazuje właściwości falowe i ulega interferencji czy też dyfrakcji. Ów dualizm dobrze opisują prawa mechaniki kwantowej.
Czytaj także: Uwiecznili atomy, jak nigdy przedtem. Ta obserwacja przesądzi o przyszłości wielu dziedzin
Badania nad dualizmem korpuskularno-falowym bada się już od stu lat. Czym innym jednak jest teoretyczne opisanie procesów zamiany cząstki w falę i odwrotnie i obserwowanie efektów takiego procesu, a czymś zupełnie innym jest dosłowne sfotografowanie momentu takiej przemiany. Jeszcze kilka dekad temu takie zadanie wydawałoby się niewykonalne. Postęp naukowy jednak sprawia, że rzeczy technicznie niewykonalne z czasem pojawiają się w zasięgu naszych możliwości.
Naukowcy uchwycili na zdjęciu przemianę pojedynczych atomów w pakiety falowe.
Przedstawione w najnowszym, jeszcze niezrecenzowanym artykule naukowym zdjęcie na pierwszy rzut oka przedstawia jedynie bardziej lub mniej rozmyte czerwone punkty na czarnym tle. To zdjęcie jednak przedstawia coś fascynującego. Jest to bowiem pierwsze w historii zdjęcie, na którym widać, jak pojedyncze atomy litu zamieniają się w pakiety falowe.
Warto tutaj podkreślić, że osiągnięciem tutaj jest nie tyle odkrycie, że tak faktycznie się dzieje. Wszak proces ten został już bardzo dobrze opisany od strony teoretycznej u zarania mechaniki kwantowej. Osiągnięciem jest tutaj sam fakt uchwycenia tego procesu na obrazie.
Przed podjęciem próby obrazowania naukowcy schłodzili atomy litu do temperatury bliskiej zera absolutnego, umieszczając je w stworzonej za pomocą laserów siatce optycznej. Tam atomy zamieniają się w pakiety falowe, czyli inaczej mówiąc fale skupione w bardzo ograniczonym obszarze przestrzeni. Po wyłączeniu siatki optycznej fala ulega rozszerzeniu, a po ponownym włączeniu powraca do stanu atomowego.
Czytaj także: Atomy mapowane w 3D. To pierwszy taki eksperyment
Badacze zwracają uwagę na fakt, iż atom uwięziony w siatce emituje promieniowanie, które można zarejestrować za pomocą odpowiedniego mikroskopu. Zważając na fakt, że procesy te są już doskonale poznane, to tak naprawdę rejestrując obrazy pokazujące przejścia między stanem atomowym a falowym, naukowcy nie tyle otrzymują nowe informacji o samym procesie, ile zyskują doskonały materiał do udoskonalania metody obrazowania. Naukowcy wiedzą zatem, co powinni na obrazie zobaczyć i tak dostrajają instrumenty, aby były one w stanie odtworzyć na obrazie oczekiwane zachowanie. Tak dostrojony na dobrze poznanym układzie atomów mikroskop można następnie wykorzystać do obserwowania zjawisk i procesów zachodzących w konfiguracjach, których wciąż jeszcze dobrze nie poznaliśmy.
Naukowcy wskazują, że ten zaskakujący obraz może otworzyć nam zupełnie nowe możliwości poznawania procesów zachodzących w tak ekstremalnych miejscach jak wnętrze gwiazd neutronowych, czy materia istniejąca w pierwszych chwilach po powstaniu wszechświata, czyli w miejscach, do których z natury rzeczy nigdy bezpośrednio nie będziemy w stanie dotrzeć.
