Este o idee a faptului științific-ficțiune: oamenii de știință au creat o nouă formă de lumină care ar putea fi folosită într-o zi pentru a construi cristale ușoare. Dar înainte ca Jedis să înceapă să-și ceară saberele, avansul este mult mai probabil să conducă la noi moduri intrigante de comunicare și calcul, informează cercetătorii săptămâna aceasta în știință .
Lumina este formată din fotoni - pachete de energie rapide și minuscule. În mod obișnuit, fotonii nu interacționează deloc între ei, motiv pentru care atunci când folosiți lanterne „nu vedeți fasciculele luminoase care se răsfrâng reciproc, le vedeți trecând unele de altele”, explică Sergio Cantu, doctor în doctorat. candidat la fizică atomică la Institutul de Tehnologie din Massachusetts. Cu toate acestea, în noile experimente, fizicienii s-au coaxat fotoni individuali pentru a se cozi între ei și se leagă, similar cu modul în care atomii individuali se lipesc în molecule.
Dansul fotonilor se întâmplă într-un laborator la MIT, unde fizicienii efectuează experimente de masă cu lasere. Cantu, colega sa Aditya Venkatramani, doctor în doctorat. candidat la fizică atomică la Universitatea Harvard, iar colaboratorii lor încep prin crearea unui nor de atomi de rubidiu răcurați. Rubidiul este un metal alcalin, de aceea pare de obicei un solid alb-argintiu. Dar vaporizarea rubidiului cu un laser și păstrarea lui ultracold creează un nor pe care cercetătorii îl conțin într-un tub mic și magnetizează. Aceasta menține atomii de rubidiu difuzați, mișcați lent și într-o stare extrem de excitată.
Apoi, echipa trage un laser slab la nor. Laserul este atât de slab, încât doar o mână de fotoni intră în nor, explică un comunicat al MIT. Fizicienii măsoară fotonii când ies din cealaltă parte a norului și atunci când lucrurile devin ciudate.
În mod normal fotonii ar călători cu viteza luminii - sau aproape 300.000 de kilometri pe secundă. Dar, în timp ce trece prin nor, fotonii se strecoară de-a lungul a 100.000 de ori mai lent decât normal. De asemenea, în loc să ieși din nor la întâmplare, fotonii ajung prin perechi sau triplete. Aceste perechi și triplete oferă, de asemenea, o semnătură energetică diferită, o schimbare de fază, care le spune cercetătorilor că fotonii interacționează.
„Inițial, nu era clar”, spune Venkatramani. Echipa văzuse doi fotoni interacționând înainte, dar nu știau dacă tripletele erau posibile. La urma urmei, explică el, o moleculă de hidrogen este o aranjare stabilă a doi atomi de hidrogen, dar trei atomi de hidrogen nu pot rămâne împreună mai mult de o milionime de secundă. „Nu eram siguri că trei fotoni vor fi o moleculă stabilă sau ceva ce am putea vedea chiar noi”, spune el.
Surprinzător, cercetătorii au descoperit că gruparea cu trei fotoni este chiar mai stabilă decât doi. „Cu cât adăugați mai mult, cu atât sunt mai legați”, spune Venkatramani.
Dar cum se reunesc fotonii? Modelul teoretic al fizicienilor sugerează că, pe măsură ce un singur foton se deplasează prin norul de rubidiu, acesta se saltă de la un atom la altul, „ca o albină care se plutește între flori”, explică comunicatul. Un foton se poate lega scurt de un atom, formând un foton-atom sau polariton hibrid. Dacă doi dintre acești polaritoni se întâlnesc în nor, ei interacționează. Când ajung la marginea norului, atomii rămân în urmă și fotonii navighează înainte, încă legați între ei. Adăugați mai mulți fotoni și același fenomen dă naștere tripletelor.
„Acum că am înțeles ce duce la interacțiunile interacțiunilor, puteți să vă întrebați: le puteți face să se repele reciproc?” spune Cantu. În mod fundamental, jocul cu interacțiunea ar putea dezvălui noi idei despre modul în care funcționează energia sau de unde provine, spune el.
În scopul progreselor tehnologice, fotonii legați în acest fel pot transporta informații - o calitate utilă pentru calculul cuantic. Iar calculul cuantic ar putea duce la coduri de neatins, ceasuri ultra-precise, computere incredibil de puternice și multe altele. Lucrul care este atât de atractiv cu privire la codificarea informațiilor în fotoni este că fotonii își pot transporta informațiile pe distanțe foarte repede. Deja fotonii ne grăbesc comunicările de-a lungul liniilor de fibră optică. Fotonii legați sau încurcați ar putea transmite informații cuantice complexe aproape instantaneu.
Echipa intenționează să controleze interacțiunile atractive și respingătoare ale fotonilor, astfel încât să poată aranja fotoni în structuri previzibile care se țin împreună precum cristale. Unii fotoni s-ar respinge reciproc, împingându-se până când își găsesc propriul spațiu, în timp ce alții împiedică formarea mai mare și împiedică cei respingători să se împrăștie. Aranjamentul lor tipărit ar fi un cristal ușor. Într-un cristal ușor, „dacă știi unde este un foton, atunci știi unde se află ceilalți în spatele acestuia, la intervale egale”, spune Venkatramani. "Acest lucru ar putea fi foarte util dacă doriți să aveți o comunicare cuantică la intervale regulate."
Viitorul pe care l-ar putea permite astfel de cristale poate părea mai nebunesc decât unul în care oamenii se luptă cu luminile luminoase, dar ar putea păstra avansuri chiar mai impresionante și nedeclamate până acum.
Nota editorului: Această poveste a fost corectată pentru a reflecta faptul că fotonii, nu atomii, intră în norul de rubidiu și viteza lor încetinește în timp ce trec.
