Er lys partikler eller bølger?

Dette er et fundamentalt spørsmål som har engasjert fysikere i lange tider.

For 200 år siden var debatten skarp, og en av de fremste partikkeltilhengerne var den franske matematiker og fysiker Siméon Poisson.

“Poissons flekk”

I 1817 arrangerte det franske vitenskapsakademiet en stor priskonkurranse for Europas forskere. En av deltagerne, Fresnel, presenterte her sine teorier om lysets bølgenatur.

I bedømmelseskomiteen satt imidlertid Poisson, som mente Fresnels bølgeteori var absurd. For å understreke dette, hevdet Poisson at en konsekvens av Fresnels bølgeteori var følgende:

La lys falle mot en sirkelformet ugjennomsiktig skive. Skiven vil selvsagt kaste en tydelig skygge, men senteret av denne skyggen vil ha en lys flekk. Formannen i juryen, Arago, bestemte seg for å ta Poisson på ordet, og eksperimentet avdekket nettopp en slik lys flekk.

I ettertid har denne flekken blitt omtalt som ”Poissons flekk.”

Nano-tallerken

Nå har professor Bodil Holst og stipendiat Thomas Reisinger gjentatt dette forsøket i det store atommikroskopet på Institutt for fysikk og teknologi på UiB.

Men denne gangen har de ikke brukt lys, men derimot materiepartikler.

De fikk laget en 60 mikrometer stor (0,006 millimeter) tallerken ved Massachusetts Institute of Technology. Denne tallerkenen ble laget ved hjelp av nanoteknologi.
Deretter ble deuterium brukt som kilde og Poissons berømte flekk dukket opp.

“Poissons flekk” i nytt lys

I forrige uke ble undersøkelsen presentert i Nature Research Highlights. Holst understreker at det slett ikke er noe oppsiktvekkende i dette eksperimentet, siden opprinnelsen er flere hundre år gammel. 

Samtidig er det første gang materiepartikler er brukt til å få frem Poissons flekk.

- Vi har hatt noen forsøk før vi klarte å gjennomføre det, forklarer Holst.

Hun mener det er flere viktige aspekter med forsøket.

- Dette griper rett inn i de mest fundamentale spørsmålene i fysikken, nemlig overgangen fra klassisk fysikk til kvantemekanikk. Når holder molekylene opp med å oppføre seg som bølger? Vi vil videreutvikle eksperimentet til å teste dette, forteller Holst.

Medisinsk betydning

I tillegg til det historiske og fundamentale aspektene mener Holst at dette forsøket kan gjøre det lettere å deponere molekyler på en overflate.

Dette kan igjen brukes til å utvikle sensorer, noe som er en viktig del av molekylær elektronikk.

- Man kan deponere organiske molekyler som sensorer på en overflate, som igjen kan reagere på visse typer stoffer, forteller Holst, og legger til at utviklingen av bedre sensorer kan få stor betydning innen blant annet medisin.