![]()
Sender
V.I.P. |
Зарегистрирован: 19.05.2006
Сообщений: 3806
|
Обратиться по нику
|
| Sender |
Ответить с цитатой | | |
|
Фотоны можно заставить взаимодействовать друг с другом так, как будто у этих безмассовых частиц всё-таки есть масса. У открытия может оказаться масса полезных последствий.
Группа учёных во главе с Михаилом Лукиным из Гарвардского университета и Владаном Вулетичем (Vladan Vuletić) из Массачусетского технологического института (оба — США) добилась связывания фотонов в нечто вроде «молекул», назвав это новым состоянием материи. До сих пор оно оставалось чисто теоретическим, существующим лишь «на кончике пера».
Новый эксперимент показал, что в специфической среде фотоны демонстрируют значительное взаимодействие. (Иллюстрация Nature.)
Г-н Лукин и компания создали нечто, казалось бы, противоречащее статусу фотона как безмассовой частицы, практически не взаимодействующей друг с другом. Обычно, если вы направите один луч навстречу другому, каждый из них просто пройдёт насквозь. Именно поэтому джедайские мечи из известной теленовеллы невозможны на практике — нельзя фехтовать тенями.
То есть было нельзя. «Мы создали особый вид среды, в которой фотоны взаимодействуют друг с другом настолько сильно, что ведут себя так, как если бы имели массу, из-за чего между ними появляется связь, позволяющая формировать "молекулы"», — поясняет Михаил Лукин. Теоретически возможность чего-то подобного существовала, но вот сделать такое на практике никому до сих пор не удавалось.
«Аналогия со световыми мечами не будет неуместной, — продолжает учёный. — Когда такие фотоны взаимодействуют, они отталкиваются, оказывая сопротивление друг другу. Физика происходящего с подобными [фотонными] молекулами сходна с той, которую мы наблюдаем в кино».
Чтобы добиться этого, в эксперименте рубидиевые атомы закачивались в вакуумную камеру, где их облачко охлаждалось до температуры в несколько кельвинов. Затем слабыми лазерными импульсами в это облачко «забрасывались» 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.
На выходе фотон выглядит как на входе. 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 крайне холодных рубидиевых атомов отбирает куда больше энергии.
Дойдя до этого этапа, физики попробовали выстрелить в облачко сразу двумя фотонами за раз. И вот результат: оба вышли вместе, как одна «молекула». Почему? Здесь сработал механизм ридберговской блокады. Когда атом возбуждён, ближайший к нему атом не может быть возбуждён до той же степени. Когда фотон входит в облачко, он активирует атом, но должен уйти вперёд до того, как второй фотон возбудит второй 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.
«Это фотонное взаимодействие, которое реализуется с помощью атомного взаимодействия, — рассказывает г-н Лукин. — Оно заставляет пару фотонов вести себя подобно молекуле, и затем, когда они покидают [рубидиевую] среду, куда вероятнее, что они сделают это вместе, а не в виде отдельных частиц».
Какие практические приложения могут быть у этого необычного света? Именно фотоны считаются самым лучшим средством передачи квантовой информации, идеально подходящим для реализации квантовых компьютеров. Если бы не одно «но», ведь «помехой на пути к этому было то, что фотоны не взаимодействуют друг с другом». И действительно: какое квантовое запутывание можно реализовать без взаимодействия! И как квантовый компьютер будет обрабатывать одинокие кванты?..
Только, пожалуйста, не надо вопросов типа «Когда я смогу купить себе настоящий световой меч?». (Иллюстрация Lucasfilm.)
Метод, заставляющий фотоны взаимодействовать, как если бы у них была масса, способен сдвинуть дело с мёртвой точки. Конечно, о логическом затворе говорить пока рано — здесь потребуются годы работы. Но физические принципы, позволяющие добиться этого на практике, новое исследование, кажется, уже продемонстрировало.
Отчёт о работе опубликован в журнале Nature.
Подготовлено по материалам Phys.Org. Изображение на заставке принадлежит Shutterstock.
http://compulenta.computerra.ru/veshestvo/fizika/10009164/ |
|
|
|
|
