O nouă formă de lumină

Foto: Media

O echipă MIT și Harvard a dezvoltat o modalitate prin care fotonii interacționeză între ei, care ar putea avea aplicații în calculul cuantic

Fotonii, particulele elementare care alcătuiesc lumina, sunt cunoscute a fi rapide, fără greutate și nu interacționa unul cu celălalt.

Noile experimente ale fizicienilor de la MIT și Harvard au creat acum o nouă formă de lumină, demonstrând că grupurile de fotoni pot fi făcute să interacționeze unul cu altul, să încetinească și să obțină masă.

Noul studiu se bazează pe cercetarea anterioară a echipei de a face „molecule fotonice”, care implică coaxierea perechilor de fotoni și interacțiunea. Dacă o astfel de interacțiune neașteptată putea avea loc între doi fotoni, echipa a argumentat, că pot interacționa mai mulți fotoni.

„De exemplu, puteți combina moleculele de oxigen pentru a forma O2 și O3 (ozon), dar nu și O4, iar pentru unele nu puteți forma nici măcar o moleculă cu trei particule”, spune Vladan Vuletic, cercetător principal al studiului. „Este o întrebare deschisă: poți adăuga mai mulți fotoni într-o moleculă pentru a face lucruri mai mari și mai mari?”

Pentru a afla, echipa a efectuat experimente similare cu cele anterioare. În primul rând, au suprasolicitat un nor de atomi de rubidiu până la aproape absolut zero, ceea ce i-a staționat. Apoi au trecut un fascicul de laser foarte slab prin acest nor de atomi staționari. Acest fascicul trimite numai câțiva fotoni pe rând, iar oamenii de știință i-au măsurați când au ieșit din nor.

În mod normal, un flux de fotoni unici ar ieși din nor la intervale aleatorii, dar în acest caz s-au văzut că apar în grupuri de câte doi și trei. Nu numai că fotonii prezintă atracție, dar au câștigat masa – doar cât cea a unei fracțiuni de electroni, dar este un salt pentru o particulă normală fără greutate. Datorită masei obținute și-a încetinit viteza, făcându-i să fie de aproximativ 100.000 de ori mai lenți decât viteza luminii pe care o au în mod normal.

Cercetătorii au măsurat, de asemenea, frecventa oscilației fotonilor, cunoscută ca faza acestora. Cu cât faza este mai mare, cu atât particulele interacționează mai puternic, iar echipa a constatat că moleculele cu trei fotoni au avut o trecere de fază de trei ori mai mare decât cea a perechilor de fotoni.

„Interesant este modul în care s-au format acești tripleți”, a spus Vuletic.

De ce sunt fotonii singuratici interacționează dintrr-o dată unul cu celalalt? Ipoteza echipei este că, pe măsură ce fotonii se ciocnesc în atomii de rubidiu, ei formează polaritoni – particule cuantice care sunt parțiale. Polaritonii au masă și se pot lega de alți polaritoni. Odată ce părăsesc norul, atomii rămân în urmă, dar fotonii rămân legați împreună.

Deoarece acești fotoni legați sunt în esență „încurcați”, ei pot fi utili în calculul cuantic.

„Fotonii pot călători foarte repede pe distanțe lungi, iar oamenii folosesc lumina pentru a transmite informații, cum ar fi fibrele optice”, spune Vuletic. „Dacă fotonii se pot influența unii pe alții, atunci dacă putem încurca acești fotoni și am făcut asta, îi putem folosi pentru a distribui informațiile cuantice într-un mod interesant și util”.

Atracția este doar o modalitate prin care fotonii pot să interacționeze și, în viitor, cercetătorii intenționează să experimenteze alte tipuri de interacțiuni, inclusiv fotonii care se repetă.

Cercetarea a fost publicată în revista Science.