Chộp được 'hình thái' ánh sáng ở cả dạng sóng và hạt

Lần đầu tiên trên thế giới, các nhà khoa học Thụy Sỹ đã chụp được một bức ảnh ánh sáng hoạt động dưới cả dạng sóng và dạng hạt cùng lúc.

Giới khoa học từ lâu đã biết, ánh sáng là một dải sóng. Đó là lí do tại sao ánh sáng có thể uốn cong gập quanh các tòa nhà và luồn lách qua các lỗ kim tí hon. Các bước sóng khác nhau của ánh sáng là nguyên nhân tại sao chúng ta có thể quan sát thấy những màu sắc khác nhau và khiến cùng một chiếc váy mà người thì nhìn ra màu xanh và đen, người khác lại nhìn ra màu vàng và trắng, thậm chí có người lại nhìn ra màu xanh và vàng.

Tuy nhiên, tất cả các đặc tính và hành vi của một dải sóng không đủ để lý giải mọi thứ mà ánh sáng tạo ra. Chẳng hạn như khi ánh sáng va đạp vào kim loại, nó phát tỏa một dòng electron. Thiên tài vật lý Einstein từng giải thích hiện tượng này vào năm 1905 rằng, ánh sáng cũng cấu tạo từ các hạt và những hạt ánh sáng đó va đập vào các hạt electron kim loại giống như những quả bóng bi-a, khiến chúng bay đi. Quan điểm này rốt cuộc đã giúp Einstein giành được giải thưởng Nobel, nhưng các nhà khoa học vẫn chưa hài lòng vì bị ép buộc công nhận rằng, ánh sáng có thể hành xử vừa như sóng, vừa như hạt.

Đã hơn 100 năm và tới mãi gần đây, mọi thí nghiệm với ánh sáng mà bất kỳ nhà khoa học nào từng tiến hành đều chứng minh ánh sáng hoặc hành xư như một dải sóng, hoặc như một hạt, nhưng chưa bao giờ là cả 2 cùng lúc.

Bức ảnh cực độc cho thấy ánh sáng vừa ở dạng sóng, vừa ở dạng hạt cùng lúc. Ảnh: BI

Tuy nhiên, mới đây, các nhà nghiên cứu đến từ Viện Công nghệ liên bang Thụy Sỹ đã ghi lại đặc tính phân chia kỳ dị của ánh sáng bằng cách sử dụng một kỹ thuật chụp ảnh mới.

Trước tiên, họ bắn ánh sáng laze vào một dây kim loại tí hon. Việc này giúp nhốt giữ các sóng ánh sáng trên dây.

Sau đó, nhóm nghiên cứu bắn một dòng electron dọc dây kim loại. Các sóng ánh sáng trên dây cấu tạo từ các hạt ánh sáng có tên gọi là photon, nên các hạt electron va đập và nẩy bật ra xa các photon, khiến một số hạt electron tăng tốc, trong khi một số khác giảm tốc. Những thay đổi về vận tốc bộc lộ như các đốm năng lượng có thể nhìn thấy được.

Các chuyên gia đã đặt dây kim loại phía dưới một kính hiển vi đồ sộ, có khả năng quan sát được electron và chụp một bức ảnh về chúng. Lớp đáy của bức ảnh cho thấy vị trí của các hạt ánh sáng và lớp trên cùng tiết lộ ánh sáng trông giống như một dải sóng như thế nào.

"Thí nghiệm này chứng tỏ, lần đầu tiên, chúng ta có thể quay phim được cơ học lượng tử và bản chất nghịch lý của nó một cách trực tiếp", nhà nghiên cứu Fabrizio Carbone nhấn mạnh.

Theo ông Carbone, kỹ thuật hình ảnh trên có thể giúp thúc đẩy sự phát triển của các máy tính lượng tử - những máy tính siêu nhanh tận dụng các đặc tính kỳ lạ khác của hạt ánh sáng.