该实验所依赖的材料可以在几分之一秒内改变其光学性质，这可以用于新技术或探索物理学中的基本问题。

我们的实验揭示了更多关于光的基本性质，同时作为创造终极材料的垫脚石，这种材料可以在空间和时间上精确地控制光。

里卡多·萨皮恩扎教授

1801年，托马斯·杨在皇家研究所进行了最初的双缝实验，实验表明光具有波的作用。然而，进一步的实验表明，光实际上既表现为波，又表现为粒子——揭示了它的量子性质。

这些实验对量子物理学产生了深远的影响，不仅揭示了光的双粒子和波的性质，还揭示了其他“粒子”，包括电子、中子和整个原子。

现在，由伦敦帝国理工学院物理学家领导的一个团队利用时间上的“裂缝”而不是空间上的“裂缝”进行了实验。他们通过发射光通过一种材料来实现这一目标，这种材料在飞秒(千万亿分之一秒)内改变其性质，只允许光在快速连续的特定时间通过。

来自帝国理工学院物理系的首席研究员里卡多·萨皮恩扎教授说:“我们的实验揭示了更多关于光的基本性质，同时也为创造能够在空间和时间上精确控制光的终极材料奠定了基础。”

实验细节今天发表在《自然物理》杂志上。

干涉模式

最初的双缝装置是将光引导到一个不透明的屏幕上，屏幕上有两条平行的细缝。屏风后面是一个探测器，用来探测穿过的光线。

为了以波的形式穿过狭缝，光会分裂成两个波，分别穿过每个狭缝。当这些波在另一边再次交叉时，它们就会相互“干扰”。在波峰相遇的地方，它们相互增强，但在波峰和波谷相遇的地方，它们相互抵消。这就在探测器上产生了多光和少光区域的条纹图案。

光也可以被包裹成被称为光子的“粒子”，它们一次一个地撞击探测器，逐渐形成条纹干涉图案。即使研究人员一次只发射一个光子，干涉图案仍然出现，就好像光子分裂成两个并穿过两个狭缝。

在经典版本的实验中，从物理狭缝中射出的光改变了方向，因此干涉图案被写在光的角度轮廓中。

相反，新实验中的时间间隔改变了光的频率，从而改变了它的颜色。这就产生了相互干扰的光的颜色，增强或抵消某些颜色，从而产生干涉型图案。

超材料和时间晶体

研究小组使用的材料是一层铟锡氧化物薄膜，大多数手机屏幕都是由这种薄膜构成的。激光在超快的时间尺度上改变了材料的反射率，为光创造了“狭缝”。这种材料对激光控制的反应比研究小组预期的要快得多，反射率在几飞秒内就会变化。

这种材料是一种超材料，它被设计成具有自然界中没有的特性。这种对光的精细控制是超材料的前景之一，当与空间控制相结合时，可以创造新的技术，甚至是研究黑洞等基本物理现象的类似物。

一个中央部分呈金色的显微镜载玻片直立地放置在激光装置中

合著者约翰·彭德里教授说:“双时间缝实验为一种全新的光谱学打开了大门，这种光谱学能够在一个辐射周期的尺度上解决光脉冲的时间结构。”

接下来，研究小组想要探索“时间晶体”中的这种现象，这种晶体类似于原子晶体，但其光学性质随时间而变化。

合著者Stefan Maier教授说:“时间晶体的概念有可能导致超快、并行的光学开关。”

Romain Tirole, Stefano Vezzoli, Emanuele Galiffi, Iain Robertson, Dries Maurice, Benjamin Tilmann, Stefan A. Maier, John B. Pendry和Riccardo Sapienza的“光学频率的双缝时间衍射”发表在《自然物理》上。

注：本文由院校官方新闻直译，仅供参考，不代表指南者留学态度观点。