fbpx

Фізики створили новий стан світла

Джерело: "Збруч"

Вперше вчені змусили фотони об’єднатися в молекулярні групи по троє. У цьому цілком новому стані світла фотони поводяться так, ніби мають меншу масу і летять у 10 000 разів повільніше, ніж зазвичай, інформують учені в журналі «Science». Прийняте уявлення про фотонів як одинаків, що ніколи не поєднуються, тепер вважають цілком спростованим.

Коли два промені світла перехрещуються, зазвичай нічого не відбувається. Обидва промені ні не відхиляються, ні не гаснуть, і в жоден інший спосіб не впливають один на одного. Причина: на відміну від матеріальних частинок, фотони позбавлені маси і не взаємодіють між собою. Вони, так би мовити, закоренілі самітники – принаймні згідно з поширеною теорією.

Так можна уявити взаємодію фотонів: якби світло від ліхтариків відхиляло одне одного. Зображення: Christine Daniloff/ MIT​.

Проте кілька років тому науковці на чолі з Владаном Вулетічем (Vladan Vuletic) з Массачусетського технологічного інституту виявили, що фотони можна довести до неможливо для них стану: якщо слабкий лазерний промінь направити через хмару надхолодних атомів рубідію, то деякі з фотонів на іншому кінці виходять попарно. При цьому фотони поводяться так, ніби пов’язані один з одним – як в молекулі.

«Аналогія, що сюди би пасувала, – лазерні мечі з науково-фантастичних фільмів, – пояснив Вулетіч. – Коли ці фотони між собою інтегруються, штовхають один одного та гасять».

При цьому виникає питання: чи можуть світлові частинки попарно поєднуватися щоразу, чи можна їх об’єднати в більші «молекули»? Власне це тепер з’ясували Вулетіч та його колега. В експерименті вони знову використали хмару ультрахолодних і тому практично непорушних атомів рубідію. Крізь цю атомну хмарку вчені пропустили слабкий лазерний промінь, через який у неї потрапляло за раз лише кілька фотонів.

При цьому науковці фіксували не лише політ фотонів, а й їхні фази до і після проходження через хмару. Так можна було точніше, ніж будь-коли, відповісти на питання, чи взаємодіють фотони, і якщо так, то зі скількома світловими частинками. Адже, як пояснили, це можна визначити, якщо вирахувати відповідний зсув фаз.

І виявилося: не випадково фотони виходять з атомної хмари поділені. Натомість вони утворюють групи по два або три. Зсув фаз у групи з трьох частинок був утричі більшим, ніж в попарних поєднаннях. «Це означає, що фотони у більших групах не лише інтегруються з другою частинкою, а й всі троє взаємодіють один з одним», – пояснив співавтор Адітя Венкатрамані (Aditya Venkatramani) з Гарвардського університету.

Так учені створили ще один дотепер невідомий стан світла: світло з потрійною фотоновою «молекулою». В такому стані фотони реагують так ліниво, ніби їхня маса стала меншою, а швидкість зменшилася в порівнянні з нормальною: групи по троє приблизно у 10 000 разів повільніші, повідомили вчені.

Проте як виникають такі світлові молекули? Фізики припустили, що в атомній хмарі відбувається особлива взаємодія фотонів та атомів. Якщо вони починають контактувати, атом збуджується та утворює з фотоном поляритон – квазічастинку, що енергетично поводиться як гібрид. Якщо два або три фотони утворять такий поляритон, їхні атомні компоненти вступають у взаємодію і ніби стягують фотони, які до них причепилися.

Так виникає об’єднання між фотонами, пояснили вчені. Воно зберігається навіть тоді, коли фотони залишають атомну хмару, й атомний компонент поляритону залишається позаду. «Захоплює те, що фотони «пам’ятають» про те, що відбулося в хмарі, – сказав колега Вулетіча Сергіо Канту (Sergio Cantu). Через це, навіть покинувши атомну хмару, світлові частинки залишаються з’єднані одна з одною. Фотонічні димери та тримери наділені хвильовими функціями, які залежать від кількості поєднаних фотонів і зберігають їхню форму, кажуть фізики.

В майбутньому нова форма світла може дуже пригодитися, пояснюють учені. Адже світлова «молекула» пропонує нові можливості у кодуванні квантової інформації. Також завдяки їм можна здійснювати ультрашвидкі, складні квантові обрахунки. Чи завдяки цьому світлові можна буде колись створити лазерний меч, як у Зоряних війнах, залишається під питанням.

Тепер фізики хочуть дослідити, чи світло можна стимулювати до інших форм взаємодії – наприклад, до взаємного відштовхування. «Це все – цілком нове, і ми зовсім не знаємо, чого очікувати, – сказав Вулетіч. – Чи відштовхнені фотони утворюють якусь регулярну схему? Чи відбувається щось цілком нове? Це направду terra incognita».

Physiker erzeugen neuen Zustand des Lichts

Massachusetts Institute of Technology, 16/02/2018

Зреферувала Соломія Кривенко для видання “Збруч

Читайте також

У нас дуже гарна розсилка. ПОДИВИТИСЯ ПРИКЛАД
Ми з Вами вже хвилину.
Давайте продовжимо?
Підпишіться, щоб отримувати якісну аналітику та цікаві статті або долучайтеся до Facebook
Підписатися!
Ні. дякую!
НЕ ПРОҐАВ  -45%  НА ПОДАЧУ СКАРГ
НЕХАЙ ПРОБЛЕМИ ВИРІШУЮТЬСЯ САМІ - ТИСНИ, ЩОБ ДІЗНАТИСЯ ЯК