Известно, что фотоны, частицы света, двигаются с огромной скоростью, не имеют массы покоя и практически не взаимодействуют друг с другом. Однако, проводя серию последних экспериментов, ученые из Массачусетского технологического института и Гарвардского университета создали принципиально новую форму света, в которой фотоны объединяются в группы, взаимодействуют друг с другом, замедляются и обретают массу.

Основой новых экспериментов стали результаты предыдущих исследований, в которых та же самая группа преуспела в создании так называемых "фотонных молекул", состоящих из пар взаимодействующих фотонов. И если удается получить взаимодействие двух фотонов, то почему такое не может произойти с участием трех или большего их количества?

"К примеру, мы можем объединить атомы кислорода и получить молекулы O2 и O3 (озон), но молекулу O4 получить уже не удастся никаким из известных способов. Более того, большинство химических элементов не могут иметь молекулы, состоящие из трех атомов" - рассказывает Владан Вулетик (Vladan Vuletic), ведущий исследователь, - "В связи с этим у нас возник вопрос, можем ли мы добавить дополнительные фотоны и получить фотонные молекулы больших размеров?".

Новые эксперименты были во многом похожи на предыдущие. Облако атомов рубидия было охлаждено до температуры, близкой к температуре абсолютного ноля. После этого внутрь этого облака был направлен очень слабый луч света, в потоке которого содержалось по нескольку фотонов за один раз. И ученые измеряли параметры фотонов, которые появлялись из недр облака сверхохлажденных атомов.

В обычных условиях из недр облака атомов через случайные промежутки времени выходили бы единичные фотоны, двигающиеся в произвольном направлении. Однако, ученые зарегистрировали необычный факт, фотоны покидали пределы облака атомов группами по два-три фотона. Мало того, что такие фотоны буквально притягивались друг к другу, они получили массу. И пусть эта обретенная масса соответствует только маленькой части массы электрона, это огромный скачек для частицы, не имеющей массы покоя в обычных условиях. Обретение массы фотонами сказалось на их скорости перемещения, делая их в 100 тысяч раз медленней скорости света, скорости, с которой они распространяются в обычных условиях.

Помимо скорости и массы ученые измерили частотную характеристику фотонов, известную как фазу. Чем большее значение (смещение) имеет эта фаза, тем сильней взаимодействуют частицы света друг с другом. И изменение фаз фотонов, входящих в тройку, в три раза больше изменения фазы фотонов, входящих в пару.

"Удивителен сам факт того, что фотоны вообще смогли сформировать тройки" - рассказывает Вулетик, - "И в будущем мы постараемся выяснить, насколько более сильно связаны фотоны в тройках по отношению к фотонам, объединившимся в пары".

Так почему же происходит столь необычное явление? Для объяснения этого ученые выдвинули правдоподобную гипотезу, когда изначальные фотоны врезаются в атомы рубидия, возникают поляритоны, квантовые частицы, состоящие наполовину из света и наполовину из материи. Поляритон имеет массу и он может взаимодействовать с другими поляритонами. В момент такого взаимодействия поляритоны, два или три, распадаются, атомы остаются на месте в пределах облака, а фотоны продолжают двигаться, пребывая в связанном состоянии. И поскольку такие фотоны запутаны на квантовом уровне, они предоставляют возможность для их использования в технологиях квантовых вычислений.

Сейчас ученые наблюдают то, что взаимодействующие фотоны как бы притягиваются друг к другу. Но в дальнейшем будут проведены эксперименты, в которых ученые хотят добиться обратного - чтобы взаимодействующие связанные фотоны начали отталкивать друг друга. "Все это является абсолютно новым и мы даже не знаем чего ожидать в будущем даже с теоретической точки зрения" - рассказывает Вулетик, - "Вполне вероятно, что фотоны, отталкивающие друг друга сформируют какой-то регулярный образ, своего рода "световой кристалл"".



Ключевые слова:
Фотон, Свет, Запутанность, Атом, Рубидий, Поляритон, Взаимодействие, Молекула, Масса, Скорость

Первоисточник

Другие новости по теме:

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

Странное поведение частиц света бросает вызов существующей квантовой теории

Ученые разработали принципиально новый принцип построения квантового компьютера

Ученым удалось получить изображения пар фотонов, запутанных на квантовом уровне

Ученым удалось преобразовать свет в "кристаллическую" форму

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