Запутанные фотоны — основа совершенно новой формы света

Взаимодействие света

Известно, что фотоны, частицы света, двигаются с огромной скоростью, не имеют массы покоя и практически не взаимодействуют друг с другом. Однако, проводя серию последних экспериментов, ученые из Массачусетского технологического института и Гарвардского университета создали принципиально новую форму света, в которой фотоны объединяются в группы, взаимодействуют друг с другом, замедляются и обретают массу.

Основой новых экспериментов стали результаты предыдущих исследований, в которых та же самая группа преуспела в создании так называемых «фотонных молекул», состоящих из пар взаимодействующих фотонов. И если удается получить взаимодействие двух фотонов, то почему такое не может произойти с участием трех или большего их количества?

«К примеру, мы можем объединить атомы кислорода и получить молекулы O2 и O3 (озон), но молекулу O4 получить уже не удастся никаким из известных способов. Более того, большинство химических элементов не могут иметь молекулы, состоящие из трех атомов» — рассказывает Владан Вулетик (Vladan Vuletic), ведущий исследователь, — «В связи с этим у нас возник вопрос, можем ли мы добавить дополнительные фотоны и получить фотонные молекулы больших размеров?».

Новые эксперименты были во многом похожи на предыдущие. Облако атомов рубидия было охлаждено до температуры, близкой к температуре абсолютного ноля. После этого внутрь этого облака был направлен очень слабый луч света, в потоке которого содержалось по нескольку фотонов за один раз. И ученые измеряли параметры фотонов, которые появлялись из недр облака сверхохлажденных атомов.

В обычных условиях из недр облака атомов через случайные промежутки времени выходили бы единичные фотоны, двигающиеся в произвольном направлении. Однако, ученые зарегистрировали необычный факт, фотоны покидали пределы облака атомов группами по два-три фотона. Мало того, что такие фотоны буквально притягивались друг к другу, они получили массу. И пусть эта обретенная масса соответствует только маленькой части массы электрона, это огромный скачек для частицы, не имеющей массы покоя в обычных условиях. Обретение массы фотонами сказалось на их скорости перемещения, делая их в 100 тысяч раз медленней скорости света, скорости, с которой они распространяются в обычных условиях.

Помимо скорости и массы ученые измерили частотную характеристику фотонов, известную как фазу. Чем большее значение (смещение) имеет эта фаза, тем сильней взаимодействуют частицы света друг с другом. И изменение фаз фотонов, входящих в тройку, в три раза больше изменения фазы фотонов, входящих в пару.

«Удивителен сам факт того, что фотоны вообще смогли сформировать тройки» — рассказывает Вулетик, — «И в будущем мы постараемся выяснить, насколько более сильно связаны фотоны в тройках по отношению к фотонам, объединившимся в пары».

Так почему же происходит столь необычное явление? Для объяснения этого ученые выдвинули правдоподобную гипотезу, когда изначальные фотоны врезаются в атомы рубидия, возникают поляритоны, квантовые частицы, состоящие наполовину из света и наполовину из материи. Поляритон имеет массу и он может взаимодействовать с другими поляритонами. В момент такого взаимодействия поляритоны, два или три, распадаются, атомы остаются на месте в пределах облака, а фотоны продолжают двигаться, пребывая в связанном состоянии. И поскольку такие фотоны запутаны на квантовом уровне, они предоставляют возможность для их использования в технологиях квантовых вычислений.

Сейчас ученые наблюдают то, что взаимодействующие фотоны как бы притягиваются друг к другу. Но в дальнейшем будут проведены эксперименты, в которых ученые хотят добиться обратного — чтобы взаимодействующие связанные фотоны начали отталкивать друг друга. «Все это является абсолютно новым и мы даже не знаем чего ожидать в будущем даже с теоретической точки зрения» — рассказывает Вулетик, — «Вполне вероятно, что фотоны, отталкивающие друг друга сформируют какой-то регулярный образ, своего рода «световой кристалл»».

Share Button

Материалы по теме:

Черные дыры могут стать бесконечным источником энергии для технологически продвинутых цивилизаций
Ученые из университета Глазго получили подтверждения достоверности одной теории, высказанной более пятидесяти лет назад, согласно которой очень развитая в технологическом плане внеземная цивилизация может ...
Установлен мировой рекорд по длительности непрерывной работы плазменного ускорителя частиц
Группа ученых и инженеров из германской исследовательской организации Deutsches Elektronen-Synchrotron (DESY) достигла очень важного этапа на пути создания ускорителя частиц следующего поколения. Впервые созданный ...
Ученым удалось впервые получить стабильные атомы экзотического «пионного» гелия
Не так давно, после исследований, продолжавшихся почти восемь лет, группе ученых из института Квантовой оптики Макса Планка, Германия, впервые удалось получить стабильные и долгоживущие ...
Создан сверхлегкий керамический материал, который станет защитой космических кораблей и аппаратов следующих поколений
Исследователи из Калифорнийского университета в Лос-Анджелесе и восьми других научно-исследовательских институтов совместными усилиями создали чрезвычайно легкий и механически устойчивый аэрогельный материал, в основе которого ...
Разработана технология передачи тайных аудио-сообщений при помощи лазерного света
Новая технология, разработанная в одной из лабораторий Массачусетского технологического института, позволяет передавать аудио-сообщения, предназначенные для ушей только одного человека, на расстояние до нескольких метров. ...
You can skip to the end and leave a response. Pinging is currently not allowed.

Leave a Reply

Яндекс.Метрика