|  | 27 сентября 2013 | Новости науки и техники

Ученые создали новую уникальную форму материи, состоящей только из фотонов света и похожую на меч рыцарей-джедаев

Световые мечи


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".




Ключевые слова:
Материя, Вещество, Молекула, Форма, Фотон, Свет, Луч, Лазер, Облако, Атом, Рубидий, Температура, Энергия

Первоисточник

Другие новости по теме:
  • Ученым удалось "заморозить" свет, поймав его в ловушку из охлажденных ато ...
  • Создан сверхскоростной источник света на базе одного "искусственного атома ...
  • Ученые-физики продемонстрировали возможность создания сложных "молекул", ...
  • Ученым удалось преобразовать свет в "кристаллическую" форму
  • Реализация передачи единственных фотонов между двумя молекулами - новый про ...




  • 27 сентября 2013 08:10
    #1 Написал: beany85

    Публикаций: 0
    Комментариев: 1018
    Впечатлен... даже не подозревал о существовании материи из света. Поистине большое открытие.


    --------------------
        
    27 сентября 2013 08:33
    #2 Написал: Zynaps

    Публикаций: 0
    Комментариев: 181
    Взаимодействие в среде, но не вне ее. При выходе из среды "напоминает" молекулу. Что-то я скептично настроен. Но если будет взаимодействие и вне среды с рубидием, то да ... я в Джедаи пойду :)
    -----------
    После выхода из среды "продолжают вести себя как молекулы" - а это как? что значит ведет себя как молекула? - похоже под словом поведение подразумевается просто сохранение формального состояния. Ну дык, в какой последовательности овец выводить из стойла в таком порядке они и будут двигаться дальше, если этот порядок обозвать молекулой, то ... это скорее не открытие новой формы материи, а новый вид "структурирования" - поляризации света если хотите. А применение этому я уже вижу прямо сейчас - световая стена - то есть висит фонарь излучатель этих фотонов молекул над дверным проемом - излучает их вниз, при этом если смотреть в проем, то свет из комнаты не идет, просто размытое слабо светящееся пятно, а возможно и просто черное. Прикольная получилась бы штука :) p.s. Это все при условии что взаимодействие этих NewEpicMegaWow молекул с обычным ЭМ излучением происходит и вне среды с рубидием.
    --- Чет мысль внезапно возникла. А если у этих молекул есть взаимодествие с ЭМ излучением, то при должной энергонакачке вероятно создание физической стены-барьера энергии, ууу дальше будет веселей :))) - это я о невидимом защитном поле вокруг тела человека bully, и об излучателях фаерболов am , а также... матрицы памяти для сознания - души fellow
    ---- Кстати а может шаровая молния в контексте этой новости и не сгусток плазмы .. Короче тем для шапкозакидательских статей теперь будет не паханное поле :)
        
    27 сентября 2013 20:36
    #3 Написал: Rsa

    Публикаций: 0
    Комментариев: 503
    Из того, что тут написано видно, что им удалось замедлить и синхронизировать полет пары фотонов. Однако из всего вышенаписанного никак не следует, что эти летящие рядом фотоны хоть как-то связаны. Ну летят они рядом, а дальше-то что? Ничего общего с понятием молекулы там и близко нет. Просто выдают желаемое за действительное.
        
    27 сентября 2013 23:08
    #4 Написал: Zynaps

    Публикаций: 0
    Комментариев: 181
    Rsa,
    Я тоже склонен так считать. В среде с рубидием фотоны взаимодействуют с атомами и только с ними, то отдавая энергию, то нет. В зависимости от структуры среды получается иллюзия взаимных "корреляций" фотонов, изменив среду получим другие иллюзии взаимодействий. В принципе это такая "косвенная" форма взаимодействия - фотон друг к другу прикоснуться не может (фотон по сути не есть что-то материальное - это всего лишь одно из свойств пространства которое мы отождествляем с энергией), но взаимодействуя с рубидием создает среду новых правил. А там где есть возможность создавать правила на уровне молекул-атомов всегда мерещиться квантовый компьютер и конечно громкие названия статей :)
        
    2 октября 2013 20:55
    #5 Написал: viralig

    Публикаций: 0
    Комментариев: 0
    Бред и выколачивание денег.
    Не вижу здесь взаимодействия фотонов между собой. Да взаимодействие фотонов со средой но не более того. Напоминает модулятор, только вот стоимость гигантская, да и результат ..... Можно смело отправить их как участников на номинацию на агнобелевскую премию.
        

    Информация

    Посетители, находящиеся в группе Гости, не могут оставлять комментарии к данной публикации.