Гаврадские физики обнаружили взаимодействующие фотоны

ouvaroff


“Most of the properties of light we know about originate from the fact that photons are massless, and that they do not interact with each other,” Lukin said. “What we have done is create a special type of medium in which photons interact with each other so strongly that they begin to act as though they have mass, and they bind together to form molecules. This type of photonic bound state has been discussed theoretically for quite a while, but until now it hadn’t been observed.

Анонс в Nature:

The fundamental properties of light derive from its constituent particles—massless quanta (photons) that do not interact with one another. However, it has long been known that the realization of coherent interactions between individual photons, akin to those associated with conventional massive particles, could enable a wide variety of novel scientific and engineering applications. Here we demonstrate a quantum nonlinear medium inside which individual photons travel as massive particles with strong mutual attraction, such that the propagation of photon pairs is dominated by a two-photon bound state. We achieve this through dispersive coupling of light to strongly interacting atoms in highly excited Rydberg states. We measure the dynamical evolution of the two-photon wavefunction using time-resolved quantum state tomography, and demonstrate a conditional phase shift exceeding one radian, resulting in polarization-entangled photon pairs. Particular applications of this technique include all-optical switching, deterministic photonic quantum logic and the generation of strongly correlated states of light.

есть у кого-нибудь доступ? Что там пишут в самой статье?

mtk79

я, конечно, не в теме — но разве образование электрон-позитронной пары из двух фотонов это не взаимодействующие фотоны?

ouvaroff

я, конечно, не в теме — но разве образование электрон-позитронной пары из двух фотонов это не взаимодействующие фотоны?
наверное, да, но в статье говорится о взаимодействиях совершенно другого рода, похожих на "обычные" взаимодействия "обычных" (массивных) частиц.
предлагаю подождать комментариев профессиональных физиков.

Sergey79

я вот сомневаюсь, ведь дело происходит в среде. Ну мало ли какие там солитоны образуются, это же скорее свойство среды, а не фотонов как таковых.

Arthur8

они утвержадют, что не соблюдается принцип суперпозиции электромагнитных волн - не верю (с) Фаина Раневская

Rastreador

не раневская, а станиславский.
В среде может быть всё что угодно эффективно.

Arthur8

в среде другое, там могут переизлучения. Ильинова в КНО нам вообще про сверхсветовые импульсы в среде рассказывала, мы сидели задачки решали у неё.... вобщем был у неё курс про тахионы

Arthur8

http://www.dailytechinfo.org/news/5212-uchenye-sozdali-novuy...

Группа ученых из исследовательского Центра изучения ультрахолодных атомов Гарварда-Массачуссетса (Harvard-MIT Center for Ultracold Atoms возглавляемая профессорами Михаилом Лукиным (Mikhail Lukin) и Владэном Вулетиком (Vladan Vuletic впервые в истории науки заставили фотоны света взаимодействовать между собой и связаться, образуя нечто молекул вещества, формирующих материю, которая до этого существовала только в теории. Данное открытие было сделано вопреки всем знаниям людей о природе света, которые накапливались в течение более чем сотни лет, и оно опровергает утверждение о том, что фотоны являются нейтральными невесомыми частицами, которые не могут взаимодействовать друг с другом.
"Поведение образованных фотонных молекул отличается от поведения света естественного происхождения и искусственного происхождения, от лучей лазерного света из которого они были сделаны" - рассказывает профессор Лукин, - "Больше всего их поведение напоминает нечто, хорошо известное нам по научной фантастике - световой меч рыцарей-джедаев из "Звездных войн"".
"Большинство свойств света, которые известны нам в настоящее время, указывают на то, что фотоны невесомы и не взаимодействуют между собой, два луча лазерного света свободно проходят друг через друга, не претерпевая никаких изменений. Но нам удалось создать специальную среду с уникальными условиями, в которой фотоны начинают взаимодействовать между собой настолько сильно, будто бы у них имеется значительная масса. Благодаря этому они объединяются в нечто, что мы назвали фотонными молекулами. Такой вид взаимодействия фотонов существовал в теории уже достаточно давно, но до нас его никто не наблюдал практически" - рассказывает Лукин, - "Конечно, не очень корректно сравнивать новую форму фотонной материи со световыми мечами. Но когда фотонные молекулы взаимодействуют между собой, они или притягиваются или отталкиваются, что проявляется на физическом плане в виде эффектов, которые мы могли видеть в поединках на световых мечах".
Для того, чтобы заставить невесомые фотоны света взаимодействовать друг с другом, ученым не пришлось обращаться к помощи Силы джедаев. Вместо этого они сделали установку, в которой был создан целый ряд уникальных условий и характеристик среды. Все началось с "накачки" вакуумной камеры газом из атомов рубидия, которые затем с помощью света лазера были охлаждены до температуры в несколько градусов выше абсолютного нуля. Затем ученые начали посылать слабые импульсы, практически единичные фотоны света другого лазера в самую гущу облака охлажденных атомов рубидия.
Фотоны света, входя в облако атомов, возбуждают эти атомы, отдавая им часть своей энергии и резко замедляя свое движение. Эта энергия передается от атома к атому со скоростью движения изначального фотона и, в конечном счете, эта энергия покидает пределы облака атомов одновременно с изначальным фотоном.
"Когда фотон покидает облако, все его характеристики остаются такими же, как и до входа в него" - рассказывает профессор Лукин, - "Подобный эффект мы наблюдаем, когда свет преломляется внутри сосуда с водой. Свет входит в воду, отдавая ей часть своей энергии, и в этот момент существует некая субстанция, состоящая из трех компонентов, света, энергии и материи. Но когда свет покидает пределы воды, он возвращается к своему изначальному состоянию. В случае со светом и облаком атомов рубидия все происходит точно также, но эффект проявляется значительно сильней, свет замедляется до более низкой скорости, отдавая большее количество энергии материи, чем это происходит в случае со светом и водой".
Получение фотонных молекул

Когда ученые стали посылать в недра облака атомов рубидия не по одному фотону, а по несколько, они обнаружили, что эти фотоны покидали пределы облака, сгруппировавшись вместе в единое образование, в фотонную молекулу. В данном случае это происходит за счет влияния эффекта блокады Ридберга (Rydberg blockade). Этот эффект определяет, что когда один атом облака газа возбуждается за счет поступления энергии извне до какого-нибудь энергетического уровня, соседние атомы не могут быть возбуждены до такого же уровня. А на практике это означает, что когда два или больше фотонов синхронно входят в облако атомов, один из фотонов своей энергией возбуждает первый попавшийся атом, замедляя при этом свое движение. За счет блокады Ридберга второй фотон не может отдать энергию даже другим атомам и продолжает двигаться с прежней скоростью, обгоняя первый фотон. Когда второй фотон достигает зоны, свободной от влияния блокады Ридберга, он также отдает попавшемуся атому часть своей энергии и замедляет свое движение. В результате получается почти синхронное движение двух медленных фотонов и двух волн энергии, которые постоянно тянут и толкают друг друга.
"Это взаимодействие между фотонами определяется взаимодействием атомов в облаке" - рассказывает Лукин, - "Оно заставляет фотоны вести себя подобно единой молекуле, и когда фотоны покидают пределы облака, они в большинстве случаев продолжают вести себя как фотонная молекула".
Произведенный учеными эффект, основанный на взаимодействии фотонов света, безусловно, интересен и необычен. Но у него имеется несколько видов практического применения. "Многим может показаться, что мы просто играемся, одновременно раздвигая границы людских познаний" - объясняет Лукин, - "Это совсем не так, фотоны света остаются самым лучшим средством передачи квантовой информации. И одним из препятствий к разработке технологий квантовых вычислений и квантовых коммуникаций было то, что мы не могли заставить фотоны взаимодействовать друг с другом. Теперь нам удалось решить эту проблему".
В дальнейшем ученые собираются применить разработанную ими технологию для создания сложных пространственных структур, подобных кристаллам, состоящих из фотонных молекул, т.е. из чистого света. "Это позволит нам реализовать полностью нематериальную квантово-оптическую систему, содержащую фундаментальные логические элементы, которые можно использовать для обработки и хранения квантовой информации" - рассказывает Лукин, - "Конечно, для реализации этого нам кое-что придется переделать и усовершенствовать, а то, чего мы достигли сейчас, является лишь доказательством работоспособности новых физических принципов".
"Чем наше открытие может быть полезно, мы пока еще не знаем, это станет известно только в будущем. Но это - новый вид материи, точнее ее новая форма, и мы надеемся, что дальнейшие изучения свойств фотонных молекул и фотонных кристаллов укажут нам на области их практического применения".

Lene81

они утвержадют, что не соблюдается принцип суперпозиции электромагнитных волн - не верю (с) Фаина Раневская
Даже в вакууме есть дельбрюкеровское (Delbrück) рассеяние — один из первых нелинейных эффектов КЭД. Но я согласен, что в статье нечто другое сделали.

Jeton89

Это, небось, не тахионы, а предвестники.

wawa321

впервые в истории науки заставили фотоны света взаимодействовать между собой и связаться, образуя нечто молекул вещества, формирующих материю, которая до этого существовала только в теории
какой отвратительно толстый слой пиара :crazy:
новый вид материи. ага. номинанты на шнобелевку :D

Kevin111

Насколько я понял, фотоны взаимодействуют только пока летят в облаке рубидия. Когда они вылетаю они просто продолжают лететь рядом из-за того, что их сгруппировала среда, через которую они только что пролетели.
Не вижу никакого взаимодействия после покидания фотонами облака.
Имхо, я бы сказал что это "куперовская пара фотонов", которая взаимодействует, пока летит в среде.

otlichnica

+1, выглядит как объединение пары старых идей — куперовской пары и экспериментов по "остановке света", про которые еще несколько лет назад писали
Оставить комментарий
Имя или ник:
Комментарий: