Endlich ... eine Welle! Wer hätte gedacht, dass wir jemals ein einzelnes Foto der dualen Natur des Lichts als Partikel und Welle sehen würden?
Dieses Bild zeigt die duale Natur des Lichts - seine Eigenschaft, sowohl eine Welle als auch ein Teilchen zu sein - eine Eigenschaft, die seit 1905 bekannt ist, von menschlichen Augen jedoch noch nie so gesehen wurde.
Hier ist das erste Foto von Licht als Teilchen und Welle. Es war Albert Einstein, der vorschlug, dass Licht sich nicht genau wie eine Welle verhält oder ein Partikel. Stattdessen verhält sich das Licht wie beide Wellen und Partikel. Einsteins Theorie wurde bekannt als Welle-Teilchen-Dualität des Lichtsund wird jetzt von modernen Wissenschaftlern voll akzeptiert. Aber wer hätte gedacht, dass wir jemals ein Foto von Licht als Partikel und Welle sehen würden? Das neue Bild stammt von einem in Europa ansässigen Wissenschaftlerteam der Ecole Polytechnique Fédérale de Lausanne (EPFL). Das Tagebuch Naturkommunikation hat es am 2. März 2015 veröffentlicht.
Nach einer Aussage der EPFL:
Wenn UV-Licht auf eine Metalloberfläche trifft, werden Elektronen emittiert. Albert Einstein erklärte diesen „photoelektrischen“ Effekt, indem er vorschlug, dass Licht - nur als Welle gedacht - auch ein Partikelstrom ist. Obwohl eine Vielzahl von Experimenten sowohl das partikel- als auch das wellenartige Verhalten von Licht erfolgreich beobachtet hat, war es ihnen nie möglich, beide gleichzeitig zu beobachten.
Ein Forscherteam unter der Leitung von Fabrizio Carbone an der EPFL hat nun ein Experiment mit einer cleveren Wendung durchgeführt: Mit Elektronen das Licht abbilden. Die Forscher haben zum ersten Mal einen einzelnen Schnappschuss von Licht aufgenommen, der sich gleichzeitig als Welle und als Partikelstrom verhält.
Das Experiment ist wie folgt aufgebaut: Ein Laserlichtimpuls wird auf einen winzigen metallischen Nanodraht abgefeuert. Der Laser fügt den geladenen Partikeln im Nanodraht Energie hinzu und lässt sie vibrieren. Das Licht bewegt sich entlang dieses winzigen Kabels in zwei möglichen Richtungen, wie Autos auf einer Autobahn. Wenn Wellen, die sich in entgegengesetzte Richtungen bewegen, aufeinander treffen, bilden sie eine neue Welle, die aussieht, als ob sie an ihrem Platz steht. Hier wird diese stehende Welle zur Lichtquelle für das Experiment und strahlt um den Nanodraht herum.
Hier kommt der Trick des Experiments ins Spiel: Die Wissenschaftler schossen einen Elektronenstrom in der Nähe des Nanodrahts und stellten damit die stehende Lichtwelle dar. Während die Elektronen mit dem begrenzten Licht auf dem Nanodraht interagierten, beschleunigten oder verlangsamten sie sich. Mit dem ultraschnellen Mikroskop konnte das Carbone-Team nun die Position abbilden, an der diese Geschwindigkeitsänderung auftrat. Die stehende Welle fungiert als Finger der Wellennatur des Lichts.
Während dieses Phänomen die wellenartige Natur des Lichts zeigt, demonstrierte es gleichzeitig auch seinen Partikelaspekt. Während sich die Elektronen der stehenden Lichtwelle nähern, treffen sie auf die Lichtteilchen, die Photonen. Wie oben erwähnt, wirkt sich dies auf ihre Geschwindigkeit aus, sodass sie sich schneller oder langsamer bewegen. Diese Geschwindigkeitsänderung erscheint als Austausch von Energiepaketen (Quanten) zwischen Elektronen und Photonen. Allein das Auftreten dieser Energiepakete zeigt, dass sich das Licht auf dem Nanodraht wie ein Partikel verhält.