الضوء والمادة لا يبدآن الرقص فورًا: ولادة البولاريتون سريع
في الرنان البصري — أي الفراغ بين مرآتين — ينطلق شعاع ضوء ذهابًا وإيابًا. ينعكس، يعود، ينعكس مجددًا، وهكذا مرارًا وتكرارًا. داخل هذا الفراغ توجد طبقة مسطحة من الإلكترونات قادرة على الدوران تحت تأثير مجال مغناطيسي. عندما يتزامن تردد دوران الإلكترونات مع تردد اهتزازات الضوء، يبدأ رقص غريب — تبادل متماسك للطاقة.
لم تعد الطاقة ملكًا للضوء وحده أو للإلكترونات وحدها. إنها تتدفق ذهابًا وإيابًا، مثل كرة بين لاعبين. يسمي الفيزيائيون هذا التدفق تذبذبات رابي — انتقالًا دوريًا للطاقة بين الضوء والمادة. حتى الآن، كان يُستدل على هذه الظاهرة بشكل غير مباشر: يظهر في الطيف خطان بدل خط واحد، مما يشير إلى انشقاق المستويات. لكن لم يرصد أحد مباشرة لحظة بدء هذا التبادل.
استخدمت مجموعة من الباحثين إشعاعًا تيراهرتزيًا ونبضات فائقة القصر لإثارة الإلكترونات ورصد كيف تبدأ في "التردد" على إيقاع الضوء. واتضح أن الرقص لا يبدأ فورًا. يجب أولًا أن يقطع الضوء مسافة كاملة من مرآة إلى أخرى ثم يعود — فقط بعد ذلك يولد الحالة المختلطة، البولاريتون. يبلغ التأخير حوالي 10 بيكو ثانية — أي أسرع بمئة مرة من رمشة العين، لكنه مع ذلك زمن محدود.
هذه النتيجة — مثل لقطة ثابتة لأول لحظة من تفاعل الضوء والمادة. في السابق كان يُرى فقط النتائج، أما الآن فتُرى المواجهة نفسها. واتضح أنها ليست لحظية، بل تحتاج إلى وقت للتعارف.
تأخير ولادة البولاريتون يساوي الزمن الذي يستغرقه الضوء لقطع المسافة بين المرآتين ذهابًا وإيابًا. لو كانت المرآتان على بعد متر واحد من بعضهما، لبلغ التأخير حوالي 6,7 نانو ثانية — أي ما يقارب فرقعة الأصابع.