Fiziķi pirmo reizi ģenerē gaismas molekulas

Jauns jautājums atgādināja Zvaigžņu karu gaismas spāres

Normāla lāzera gaisma: atsevišķie fotoni ir bez masas un savstarpēji nedarbojas. © publiskais īpašums
lasīt skaļi

Līdz šim gaismas daļiņas tika uzskatītas par absolūtām vientuļniecēm. Bet tagad ASV pētnieki ir padarījuši šķietami neiespējamu: viņi ir izveidojuši fotonus, lai veidotu sava veida molekulu - stāvokli, kurā abi ir cieši saistīti un mijiedarbojas. Tas ir pretrunā ne tikai ar vispārpieņemto teoriju, bet radītais efekts atgādina zinātnisko fantastiku. Šo fotonu molekulu īpašības ir vislīdzīgākās ar Zvaigžņu karu lāzera zobeniem, skaidro pētnieki žurnālā "Daba".

Gaismai ir gan viļņu, gan daļiņu īpašības. Gaismas daļiņas, fotoni, ir izplatīta teorija daļiņām, kurām nav masas un kuras nav savstarpēji mijiedarbīgas: Ja šķērsojat divus lāzera starus taisnā leņķī, šķiet, ka tie ir tikpat spilgti aizmugurē kā iepriekš, tie iziet bez uzmanības novēršanas vai kā citādi ietekme. Pētnieku grupa, kuru vadīja Mihails Lukins no Hārvardas universitātes un Vladans Vuletic no Masačūsetsas Tehnoloģiju institūta, tagad šo kopējo ainu ir apgriezusi otrādi.

"Mēs esam izveidojuši vidi, kurā fotoni savstarpēji mijiedarbojas tik ļoti, ka viņi sāk izturēties tā, it kā viņiem būtu masa. Un tie apvienojas kā sava veida molekulas, "skaidro Lukins. Lai arī šāda veida fotoniski saistītie stāvokļi jau kādu laiku tiek apspriesti teorētiski, nebija skaidrs, vai tas tiešām bija iespējams - jo tos nevarēja radīt.

Fotonu šāvieni ultrakarajā rubīdija mākonī

Tagad pētniekiem ir izdevies ar gudru viltību. Savam eksperimentam viņi sūknēja rubīdija atomus vakuuma kamerā un ar lāzeru palīdzību atomu mākoni atdzesēja līdz dažiem grādiem virs absolūtās nulles. Tad ar citu lāzeru viņi atlaida atsevišķus fotonus atomu mākonī. Viņi pa ceļam uzbudinājās ar saviem enerģijas atomiem un neilgi tika nobremzēti.

Fiziski jaunās fotonu molekulas uzvedas tāpat kā Zvaigžņu karu fiktīvajā lāzera zobenā. Magic_quote / CC-by-sa 3.0

Bet aizraujoša lieta notika, kad pētnieki sāka fotografēt divus fotonus mākonī uzreiz. Tāpēc, ka viņi neatstāja mākoni kā atsevišķas daļiņas, bet kā savienotu entītiju, sava veida fotonu molekulu. Kā zinātnieki skaidro: šī pārsteidzošā savienojuma cēlonis ir mijiedarbība ar atomiem mākonī: tas liek fotoniem stumt un vilkt viens otru - vienu Gaismas daļiņas ir pilnīgi netipiskas. "Viņš liek fotoniem izturēties kā ar molekulu un atstāj mākoni kopā, nevis kā atsevišķas, neatkarīgas daļiņas, " skaidro Lukins. displejs

Līdzīgi kā lightsabers

Fotonu molekulas uzvedas atšķirīgi nekā fotoni parastā lāzera starā. "Piemērota analoģija būtu gaismas zinātne, kas pazīstama no zinātniskās fantastikas filmām, " turpina pētnieks: "Kad šie fotoni mijiedarbojas viens ar otru, tie viens otru nospiež un novērš uzmanību - aiz tā esošā fizika ir līdzīga tai, kas notiek zinātnē būtu jāatstāj spēkā gaismas avoti. "

Bet jauna veida gaismas molekulām varētu būt arī praktiskāks pielietojums, piemēram, kvantu datoros. "Fotoni joprojām tiek uzskatīti par labāko veidu kvantu informācijas pārvadāšanai. Bet traucēklis bija tāds, ka gaismas daļiņas savstarpēji ne mijiedarbojās, "skaidro Lukins. Bet tieši to viņš un viņa kolēģi ir sasnieguši ar savu eksperimentu. "Bet pirms mēs no tiem izgatavojam kvantu slēdžus un fotoniskās shēmas, mums joprojām ir jāuzlabo sistēmas veiktspēja, " komentē fiziķis. Bet tagad ir pierādīts, ka tas principā varētu darboties.

Bet pētnieki var iedomāties arī citas lietojumprogrammas: kādu dienu varbūt pat varētu izveidot sarežģītas trīsdimensiju struktūras - kristālus, kas pilnībā izgatavoti no gaismas. "Mēs vēl nezinām, kam jūs to varat izmantot. Bet tas ir pilnīgi jauns matērijas stāvoklis, tāpēc mēs ceram, ka jaunas lietojumprogrammas būs pieejamas, kad mēs būsim vēl izpētījuši šīs fotoniskās molekulas, "saka Lukins. (Daba, 2013; doi: 10.1038 / nature12512)

(Daba / Hārvarda universitāte, 26.09.2013. - NPO)