中佛罗里达大学光学与光子学学院的研究人员利用20世纪80年代激光物理定理中的漏洞，首次观测到了德布罗格利-麦金农波包。
该研究论文由CREOL和佛罗里达光子学卓越中心教授Ayman Abouraddy和研究助理Layton Hall共同发表在《自然物理》杂志上。
对光学德布罗格利-麦金农波包的观察突出了该团队使用一类他们称为时空波包的脉冲激光束的研究。
在接受Abouraddy博士的采访时，他提供了更多关于他的团队研究的见解，以及它对未来的影响。
在这一研究阶段，你创造了几个“第一”。你能提供一些让你来到这里的理论思想的历史吗?
大约100年前，在量子力学发展的早期，路易·德布罗意(Louis de Broglie)在概念上取得了关键突破，他将波与粒子相识别，有时被称为波粒二象性。然而，一个关键的困境没有得到解决。粒子在空间上是稳定的:它们的大小在传播时不会改变，但波会改变，在空间和时间中传播。怎样才能用德布罗意提出的波来建立一个模型，而这个模型又能精确地对应一个粒子呢?
20世纪70年代，l·麦金农(L. Mackinnon)提出了一种解决方案，他将爱因斯坦的狭义相对论与德布罗意的波结合起来，构建了一个稳定的“波包”，它不会扩散，因此可以伴随运动的粒子。这个建议没有被注意到，因为没有产生这样一个波包的方法。近年来，我的团队一直在研究一种新的脉冲激光束，我们称之为“时空波包”，它在自由空间中刚性传播。
在我们最近的研究中，Layton将这种行为扩展到色散介质中的传播，色散介质通常会拉伸光脉冲——除了抗拉伸的时空波包。他认识到时空波包在具有特殊色散(所谓的“反常”色散)的介质中的传播与麦金农的提议相对应。换句话说，时空波包是最终实现德布罗意梦想的关键。通过沿着这些路线进行激光实验，我们第一次观察到了我们所说的德布罗格利-麦金农波包，并验证了它们预测的性质。
什么是独特的关于你的成绩?
本文有几个独特之处。这是脉冲在具有反常色散的介质中恒定传播的第一个例子。事实上，20世纪80年代激光物理学中一个著名的定理旨在证明这样的壮举是不可能的。我们在这个定理中发现了一个漏洞我们在设计光场时利用了这个漏洞。
而且，之前所有传播不变的脉冲场都是x型的。长期以来，理论上认为o形传播不变波包应该存在，但它们从未被观测到。我们的结果揭示了第一个观测到的o形传播不变波包。
美国海军研究办公室支持你的研究。你的发现对他们和其他人有什么用处?
我们还不知道确切的数字。然而，这些发现在色散介质中传播光脉冲而不受色散的有害影响方面具有实际后果。
这些结果可能为大质量粒子克莱因-戈登方程解的光学测试铺平道路，甚至可能导致使用物质波合成非色散波包。这也将使新的传感和显微镜技术成为可能。
下一步是什么?
这项工作是一个更大的时空波包传播特性研究的一部分。这包括时空波包的远距离传播，我们正在佛罗里达太空海岸的UCF汤斯研究所科学和技术实验设施(TISTEF)进行测试。从基本的角度来看，我们在实验中使用的光谱位于一个封闭的轨迹上。这是以前从未实现过的，它为研究封闭表面上光的拓扑结构开辟了道路。
更多信息:Layton A. Hall等人，光学德布罗格利-麦金农波包的观察，自然物理(2023)。DOI: 10.1038 / s41567 - 022 - 01876 - 6
由中佛罗里达大学提供
引用本文:利用1980年代定理(2023,1月27日)漏洞实现的de Broglie-Mackinnon波包的首次观测，检索于2023年1月27日从https://phys.org/news/2023-01-de-broglie-mackinnon-packets-exploiting-loophole.html
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