Anonim

Fotoner viklet ind for at skabe ny form for lys

Fysik

Michael Irving

16. februar 2018

Et MIT- og Harvard-team har udviklet en måde at få fotoner af lys til at interagere med hinanden, hvilket kunne have applikationer i kvantemetode (Credit: Christine Daniloff / MIT)

Fotoner, de elementære partikler, der udgør lys, er kendt for at være hurtige, vægtløse og ikke at interagere med hinanden. Men i nye forsøg har fysikere ved MIT og Harvard nu skabt en ny form for lys, der viser, at grupper af fotoner kan laves til at interagere med hinanden, sænke og få masse.

Den nye undersøgelse bygger på teamets tidligere forskning i fremstilling af "fotoniske molekyler", som involverede sammentrykning af par fotoner til at interagere med hinanden. Hvis den slags uventede interaktion kunne finde sted mellem to fotoner, kunne holdet begrunde, at det kunne ske mellem tre eller flere?

"Du kan f.eks. Kombinere iltmolekyler til dannelse af O2 og O3 (ozon), men ikke O4, og for nogle molekyler kan du ikke danne et trepartikelmolekyle, " siger Vladan Vuletic, leder forsker om undersøgelsen. "Så det var et åbent spørgsmål: Kan du tilføje flere fotoner til et molekyle for at gøre større og større ting? "

For at finde ud af, løb teamet lignende eksperimenter til de tidligere. Først ultrakulerede de en sky af rubidiumatomer ned til næsten absolut nul, hvilket effektivt fryser dem på plads. Derefter skinnede de en meget svag laserstråle gennem denne sky af stationære atomer. Denne stråle sender kun et par fotoner igennem ad gangen, og forskerne måler dem da de kommer fra skyen.

Normalt ville en strøm af enkeltfotoner forlade skyen med tilfældige intervaller, men i dette tilfælde blev de set til at dukke op i grupper på to og tre. Ikke kun var fotonen udstillet tiltrækning, men de fik faktisk masse - kun det for en brøkdel af en elektron, men det var et spring til en normalt vægtløs partikel. At få masse også nedsat deres fart, hvilket gør dem omkring 100.000 gange langsommere end lysets hastighed, som de normalt rejser på.

Forskerne målte også frekvensen af ​​fotonernes oscillation, kendt som deres fase. Jo større fase, jo stærkere partikler interagerer, og holdet fandt ud af, at tre-fotonmolekyler havde en faseforskydning tre gange større end den af ​​fotonpar.

"Hvad der var interessant var, at disse tripletter dannede overhovedet, " siger vuletisk. "Det var heller ikke kendt, om de ville være lige, mindre eller stærkere bundet i forhold til fotonpar. "

Så hvorfor er de normalt ensomme fotoner pludselig interagerende med hinanden? Holdets hypotese er, at når fotoner støder på rubidiumatomerne, danner de polaritoner - kvantepartikler, der er dellys og delvist. Polaritons har masse, hvilket er, hvordan de kan binde til andre polaritoner. Når de forlader skyen, er de atomer, de har opsamlet, bagved, men fotonen forbliver bundet sammen.

Da disse bundne fotoner i det væsentlige er "indviklede", kunne de finde brug i kvantemåling.

"Fotoner kan rejse meget hurtigt over lange afstande, og folk har brugt lys til at transmittere information, såsom i optiske fibre, " siger Vuletic. "Hvis fotoner kan påvirke hinanden, så hvis du kan forvrænge disse fotoner, og vi har gjort det, kan du bruge dem til at distribuere kvantinformation på en interessant og nyttig måde. "

Tiltrækning er kun en måde, at fotoner kan interagere, og i fremtiden planlægger forskerne at eksperimentere med andre former for interaktioner, herunder at fotoner afviser hinanden.

"Det er helt roman i den forstand, at vi ikke engang kender kvalitativt hvad man kan forvente, " siger Vuletic. "Med modstødning af fotoner kan de være sådan, at de danner et regelmæssigt mønster, som en lyskrystal? Eller vil der ske noget andet? Det er meget uklart område. "

Forskningen blev offentliggjort i tidsskriftet Science .

Kilde: MIT

Et MIT- og Harvard-team har udviklet en måde at få fotoner af lys til at interagere med hinanden, hvilket kunne have applikationer i kvantemetode (Credit: Christine Daniloff / MIT)

Anbefalet Redaktørens Valg