物理学者チームが、素粒子物理学における古典的な実験を、単なる空間ではなく時間という次元的な視点で再現しました。その過程で、彼らは独自の材料が将来の実験に有用であることを実証しました。
研究者らは、1801年に初めて実行され、光が粒子としても波としても振る舞うという光の興味深い特性を実証した二重スリット実験を再設計した。
元の実験では、光が空間をどのように移動するかを検証しました。最近の再実験では、光が特定の時間にのみ移動することを許可した場合に、光がどのように移動するかを検証しました。研究チームの研究の詳細は、本日Nature Physics誌に掲載されました。
「我々の実験は光の基本的な性質についてより多くを明らかにすると同時に、空間と時間の両方で光を細かく制御できる究極の材料を作り出す足がかりとなる」と、インペリアル・カレッジ・ロンドンの物理学者でこの研究の筆頭著者であるリカルド・サピエンツァ氏は大学の発表で述べた。
従来の実験では、光線を障壁に照射し、その背後に光検出器を設置します。障壁には2つの平行なスリットがあります。通常の物質を障壁に投げ込むと、スリットは検出器のスリットとほぼ同じ形になります。しかし、スリットに光を当てると、光は2つの波に分かれ、障壁を通過して反対側で交差します。光が通過するスリットは2つしかありませんが、光検出器は2本以上の光の帯を映し出します。
光波が交差すると、光波は再結合して打ち消し合い、感光性物質上に縞模様を作り出します。この実験は微粒子の挙動を理解する上で画期的な出来事となり、電子や反物質、そして量子力学全体（1801年当時は存在していなかった）を対象とした同様の実験への道を拓きました。
新たな研究で、研究者たちは大きな変更を一つ加えました。それは、2つのスリットがある通常のスクリーンを、インジウムスズ酸化物フィルムに交換したことです。これは現代の携帯電話のスクリーンに使われているのと同じ素材です。（これは実際にはメタマテリアル、つまり自然界には存在しない素材で、特定の動作をするように設計されているものです。）
研究者たちは超高速レーザーを用いてスクリーンの反射率を変化させ、1000兆分の1秒間隔で特定の時間にのみ光を透過させた。つまり、彼らはレーザーを用いて障壁に時間依存のスリットを作ることで、量子料金所を構築したと言える。スクリーンを透過する光子がたった1つだけでも、光は干渉縞を生成した。
インジウムスズ酸化物は光に素早く反応するように設計されており、超高速の時間スケールで光の挙動を試験するのに最適です。レーザーパルスは、量子粒子の時間的挙動を調べるという同様の原理を用いて、量子ビット（キュービット）の耐久性を向上させるためにも使用されています。
研究チームは次に、時間結晶、つまり時間の経過によって構造が変化する結晶の挙動に注目したいと考えている。
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