A HUN-REN Wigner Fizikai Kutatóközpontban olyan lézeres kísérleteket végeztek, amelyekben kirajzolódik a fény kettős természete: a lézerfény részecskeként és hullámként is viselkedve kelt elektronokat, amikor nanorészecskékkel lép kölcsönhatásba. A rangos Physical Review Letters folyóiratban közölt munkában a szegedi ELI Lézeres Kutatóintézet kutatói is részt vettek.
A fizikusokat évszázadokon át foglalkoztatta a kérdés, milyen természetű valójában a fény: elsősorban hullámnak vagy inkább részecskék összességének tekinthető? Ez a vita már a 17. században kibontakozott. Newton inkább abban hitt, hogy a fény részecskékből áll, Huygens viszont hullámként képzelte azt el. A 19. századi felismerés, miszerint a fény elektromágneses hullám, eldönteni látszott a vitát.
A fényelektromos hatás észlelése azonban zavart okozott, hiszen a kutatók észrevették, hogy a fény fémfelületekről elektronokat tud kiszakítani, ami a részecsketermészetre utal. Ez a hatás azonban érdekes módon nem elsősorban a fény erősségétől, hanem sokkal inkább a fény hullámhosszától függ. Einstein 1905-ben írta le híres fényelektromos formuláját, amelyért 1921-ben elnyerte a Nobel-díjat is. Einstein egyenletében egyértelműen megjelenik a fény részecskéinek, az úgynevezett fotonoknak az energiája, és ez a magyarázat számtalan igazolást nyert az azóta eltelt 120 évben.
A HUN-REN Wigner Fizikai Kutatóközpont fizikusai budapesti kísérleteikben femtoszekundumos (10-15 másodperces) lézerfény-felvillanásokkal szakítottak ki elektronokat arany nanorészecskékből. Ezután megmérték az így kilépő elektronok mozgási energiáját. A lézerfény erősségének nagyon finom hangolásával találtak egy olyan tartományt, amelyen belül a lézerfény elsősorban részecskeként hat az elektronokra (ezt hívják sokfotonos emissziónak). Ugyanennél a fényintenzitásnál azonban másként viselkedő elektronokat is észleltek, amelyekre a lézerfény elektromágneses hullámként hatott (újraszóródó elektronok).
(Fotó: Kovács Márton) A HUN-REN Wigner Fizikai Kutatóközpont fizikusai femtoszekundumos lézert állítanak be.
„Az infravörös lézeren alapuló kísérletnek az volt a szépsége, hogy a fény kétféle viselkedését egy kísérleten belül egyértelműen láttuk” – foglalta össze ezt az eredményt Dombi Péter, a Wigner FK Ultragyors Nanooptika Kutatócsoportjának vezetője. Bánhegyi Balázs doktorandusz, a cikk első szerzője hozzátette: „Ez az eredmény azt is mutatja, hogy az alapkutatások során elég mélyre pillantva a már teljességgel ismertnek vélt fizikai folyamatokról is mindig lehet valami újat felfedezni, ami sok motivációt jelent a kutatások folytatásához." A budapesti kutatók eredményeit leíró közlemény a rangos Physical Review Letters folyóiratban jelent meg. A kísérletekhez a szegedi ELI Lézeres Kutatóintézet Nanofabrikációs Laboratóriuma is hozzájárult speciálisan megtervezett nanorészecskék előállításával.
