Согласно квантовой науке, все частицы могут проявлять волновые свойства, тогда как волны могут вести себя
подобно частицам ("дуализм частица-волна"). Мало кто знает, что еще сэр Исаак Ньютон был активным
проповедником корпускулярной природы света. Но лишь в начале двадцатого века смутные догадки обрели
прочный фундамент - квантовую механику.
Самое наглядное проявление волновой природы того или иного объекта - это явление дифракции. Проще всего
наблюдать дифракцию света. Например, взглянув на компакт-диск, можно увидеть радугу, возникающую из-за
дифракции световых лучей на регулярно расположенных "дорожках", расстояние между которыми сравнимо с
длиной волны света. Когерентное сложение световых волн, рассеянных под определенными углами, и
приводит к появлению радужного узора на поверхности компакт-диска.
Но если волны могут вести себя как частицы, а частицы - как волны, то дифракция должна иметь место и в том
случае, если в только что рассмотренном примере мы поменяем местами свет и вещество, а именно -
рассмотрим дифракцию частиц на свете. Конечно, изготовить компакт-диск из светового луча нам вряд ли
удастся, но сама идея представляется довольно любопытной, хотя и (на первый взгляд) - весьма фантастичной.
Эта идея была впервые высказана почти 70 лет назад в работе [1] двух крупнейших физиков прошлого века -
П.Л.Капицы и П.А.Дирака (так и оставшейся их единственной совместной статьей). Для создания
дифракционной решетки из света Капица и Дирак предложили использовать стоячую световую волну,
образованную излучением ртутной лампы, а роль дифрагирующих частиц по их замыслу должны были играть
электроны: периодически расположенные в пространстве пучности и нули осциллирующего электрического
поля и образуют "решетку" для рассеяния электронов.
Однако впервые эффект Капицы-Дирака был экспериментально продемонстрирован не для электронов, а для
атомов [2]. Это связано с тем, что свободные электроны чрезвычайно слабо взаимодействуют с оптическим
излучением. Поэтому "оптическая дифракционная решетка" для них является практически прозрачной (тогда как
рассеивающая сила, которая действует со стороны стоячей световой волны на атомы, может быть искусственно
увеличена в миллиарды раз, если энергия кванта света близка к энергии внутриатомных переходов).
Первоначальная идея Капицы и Дирака была реализована лишь в третьем тысячелетии. Авторам работы [3],
недавно опубликованной в журнале "Nature", все же удалось с помощью различных экспериментальных
ухищрений зарегистрировать дифракционную картину, образованную при взаимодействии электронного пучка
со светом. Значение работы [3] состоит не только в экспериментальной демонстрации старой теоретической
идеи, но и в том, что она указывает новый практический способ манипуляции квантовыми состояниями. Это
может быть использовано в таких передовых областях современной науки как квантовые вычисления, атомные
лазеры и т.д.
1.P.L.Kapitza, P.A.Dirac, Proc. Camb. Philos. Soc., 1933, 29, p.297
2.P.L.Gold et al., Phys. Rev. Lett., 1986, 56, p.827
3.D.L.Freimund et al., Nature, 2001, 413, p.142
From: News in via PERST
M. Remizov
