Группа учёных во главе с Михаилом Лукиным из Гарвардского университета и Владаном Вулетичем (Vladan Vuletić) из Массачусетского технологического института добилась связывания фотонов в нечто вроде молекул, назвав это новым состоянием материи. До сих пор оно оставалось чисто теоретическим, существующим лишь «на кончике пера», поскольку фотоны обычно не взаимодействуют друг с другом в силу отсутствия у них массы.
Обычно, если вы направите два луча света, даже лазерных, навстречу друг другу, каждый из них попросту пройдёт сквозь другой, а не станет отскакивать, как световой меч из знаменитой киноэпопеи «Звёздные войны».
Однако Лукин, Вулетич и их коллеги Офер Фистерберг (Ofer Fisterberg), Тибо Пейронель (Thibault Peyronel), Алексей Горшков и Цю Лян в ходе своих экспериментов получили то, благодаря чему эти самые мечи вскоре могут стать реальностью.
«Мы создали особый вид среды, в которой фотоны взаимодействуют настолько сильно, что ведут себя так, как если бы имели массу, из-за чего между ними появляется связь, позволяющая формировать «молекулы». Когда такие фотоны взаимодействуют, они отталкиваются, оказывая сопротивление друг другу. Физика происходящего с подобными «молекулами» сходна с той, которую мы наблюдаем в кино», – говорит наш бывший соотечественник.
Чтобы добиться этого, в эксперименте атомы рубидия закачивали в вакуумную камеру, где их облачко охлаждалось до температуры в несколько кельвинов. Затем слабыми лазерными импульсами в это облачко «забрасывали» отдельные фотоны. При столкновении с холодными атомами фотон был вынужден отдавать им энергию, теряя её и в итоге резко замедляясь. По мере продвижения фотона через облачко его энергия передаётся от атома к атому и в конечном счёте покидает облачко с тем же самым фотоном.
Что-то подобное можно наблюдать с преломлением света в стакане воды. По сути, у света, входящего в стакан, «забирается» часть энергии, а после выхода она «возвращается». Разница лишь в том, что среда из предельно холодных рубидиевых атомов отбирает куда больше энергии.
Следующим этапом учёные попробовали «выстрелить» в эту среду двумя фотонами одновременно. И на выходе как раз получилась устойчивая пара, похожая на молекулу.
Какова же причина? По словам Лукина, здесь сработал механизм ридберговской блокады. Когда один атом возбуждён, соседние не могут быть возбуждены до той же степени. И если фотон входит в облачко, он активирует атом, но должен уйти вперёд до того, как второй фотон возбудит другой атом. Поскольку энергия фотона-1 передаётся от атома к атому, словно в эстафете, он и фотон-2 всё время вынуждены двигаться вместе, в тесном взаимодействии.
Говоря о практических приложениях данного эффекта, физики отметили, что он чрезвычайно интересен в свете активно ведущихся сейчас исследований возможности создания квантовых систем хранения, передачи и обработки информации.
«Мы ещё не знаем, для чего это может быть полезно, но это – новое состояние материи, и мы надеемся, что области его применения станут более очевидны по мере того, как мы продолжим исследовать свойства этих необычных «фотонных молекул», – заключил Лукин.
Понравилась статья? Тогда поддержите нас, поделитесь с друзьями и заглядывайте по рекламным ссылкам!
