Молекулы из света:

Учёные впервые объединили фотоны в подобные молекулам группы из трёх составляющих. Как сообщают исследователи в журнале «Science», в этом абсолютно новом состоянии света фотоны ведут себя так, как будто они имеют незначительную массу и летят в 10000 раз медленнее, чем обычно. Теперь общее представление о фотонах, как о никогда не взаимодействующих друг с другом частицах, можно назвать устаревшим.

Когда два луча пересекаются, то обычно ничего не происходит. Лучи не отклоняются, не исчезают или не влияют друг на друга каким-либо образом.

Причина:

в отличие от частиц материи, безмассовые фотоны не взаимодействуют друг с другом.

Они, так сказать, являются абсолютными одиночками – так считалось в прошлом.

Связанный свет

Но несколько лет назад команда учёных из Массачусетского института технологий под руководством Владана Вулетича обнаружила, что фотоны можно привести в кажущееся невероятным состояние: когда слабый лазерный луч проходил через облако ультрахолодных атомов рубидия, некоторые из фотонов выходили из облака группами по два или три фотона.

Фотоны выглядели так, как будто были связаны друг с другом – как в молекуле. «Самой подходящей аналогией являются лазерные мечи из известной научно-фантастической саги», — объясняет Вулетич. «Когда фотоны взаимодействуют друг с другом, они сталкиваются и отталкиваются друг от друга. Физика этого процесса подобна тому, что должно происходить в световых мечах».

Фотоны в облаке атомов

Но могут ли частицы света взаимодействовать только в паре или возможно создать из них бо́льшую «молекулу»? Чтобы получить ответ на этот вопрос, Вулетич и его коллеги провели тест. В своём эксперименте они снова использовали облако ультра-холодных и почти неподвижных атомов рубидия. Учёные направляли через это облако атомов настолько слабый лазерный луч, что одна горстка фотонов всегда оставалась в облаке.

Исследователи не только зафиксировали полёт фотонов, но и фазы до и после прохода через облако. Благодаря этому удалось более точно определить, взаимодействовали ли фотоны с другими частицами света и с каким количеством. Как объясняют учёные, это позволило изучить масштаб разности фаз.

Триплеты из соединенных фотонов

В итоге исследователи увидели, что фотоны выходили из атомного облака не хаотично. Вместо этого они образовывали группы из двух и трёх составляющих. Фазовый сдвиг в триплетах был в три раза больше, чем в парах фотонов. «Это значит, что все три фотона в этой группе связаны между собой, а не один с другим по отдельности», — объясняет соавтор Адитя Венкатрамани из Гарвардского университета.

Таким образом, исследователи привели свет в ранее неизвестное состояние: свет из тройных «молекул» фотонов. В этом состоянии фотоны ведут себя так, как будто имеют незначительную массу, а их скорость относительно обычной скорости света снижена: как установили учёные, триплеты двигались примерно в 10000 раз медленнее.

Квазичастицы помогают соединиться

Физики создают новое состояние света
Так можно себе представить взаимодействие фотонов: свет двух карманных ламп взаимно преломляется.

Но как образуются эти экзотические молекулы света? Физики предполагают, что в атомном облаке происходит особое взаимодействие фотонов с атомами. Когда они вступают в контакт, атом и фотон образуют поляритон – составную квазичастицу.

Если два или три фотона образуют такие поляритоны, то их атомные составляющие вступают во взаимодействие. Эта связь остаётся невредимой, даже когда фотоны покидают атомное облако. Но при этом они теряют атомную составляющую.

«Интересно то, что фотоны «помнят» о происходившем в облаке», — говорит коллега Вулетича Сержио Канту. Частицы света остаются связанными и после покидания атомного облака. «Фотонные димеры и тримеры обладают функцией волн, которая зависит от числа связанных фотонов и сохраняет их форму», — добавляют физики.

Нужны для квантового компьютера

Как объясняют учёные, эта новая форма света могла бы найти практическое применение в будущем. «Световые молекулы» предлагают новую возможность кодирования и переноса квантовой информации. Также с их помощью можно производить сверхбыстрые, сложные квантовые вычисления.

Но реально ли создать джедайские мечи как в «Звёздных войнах», пока неизвестно.

Физики хотят исследовать, возможно ли привести световые частицы к ещё каким-либо формам взаимодействия – например, к взаимному отталкиванию. «Всё это нечто абсолютно новое, и мы совершенно не знаем, чего ожидать», — говорит Вулетич. «Образуют ли отталкивающиеся фотоны одну и ту же модель? Или происходит нечто иное? Пока это настоящая terra incognita». ō

 

ОСТАВЬТЕ ОТВЕТ

Пожалуйста, введите свой комментарий!
Пожалуйста, введите ваше