Удивительные квантовые состояния, созданные из света

Частицы света или фотоны – это крошечные, неделимые части. Тысячи этих частичек могут образовать один суперфотон, при условии их достаточной концентрации и оптимального охлаждения.

Процесс слияния отдельных элементарных частиц друг с другом ученые называют фотонным конденсатом Бозе-Эйнштейна. Науке давно известно, что обычные атомы могут образовывать такие агрегатные состояния. В 2010 году профессор Боннского университета прикладной физики Мартин Вейтц привлек внимание экспертов к этому феномену, когда в первый раз получил фотонный конденсат из множества квантов.

В своей последней работе команда ученых под руководством профессора Вейтца исследовала подобный суперфотон. Экспериментальная установка состояла из двух зеркал, между которыми пропускали лазерный луч. В первом опыте между зеркалами ученые поместили специальный слой-пигмент, который захватывал и отпускал проходившие через него фотоны, в результате удалось охладить лазер до такой степени, что фотонный конденсат был получен из отдельных его участков.

— Важность эксперимента в том, что нам удалось создать некую оптическую скважину, в которой конденсат Бозе-Эйнштейна был в состоянии потока, сообщил Вейтц.

Полимер меняет путь света

Здесь команда ученых использовала такой трюк: полимер смешали с пигментом, поместили между зеркалами и под влиянием температур изменяли преломления луча. Получилось, что более длинные волны света проходили между зеркалами при нагревании. Таким образом, световой путь между зеркалами может варьироваться под воздействием различных температурных моделей.

— Геометрия зеркал только показала нам деформацию, а показатель преломления луча изменялся в определенных точках, казалось, что часть суперфотона текла в яму, объяснил Вейтц.

Опыт показал, что экспериментальная установка ученых – это аппарат для формирования различных моделей с минимальными потерями.

Предшественник квантовых цепей

Далее группа ученых анализировала образование двух соседних углублений, которые также контролировались с помощью температурного полимера. Когда луч в оптических скважинах был на одном энергетическом уровне, суперфотон перетек из одной лунки в другую.

— Это предшественник оптических квантовых цепей, подчеркнул физик из Боннского университета. — Возможно, благодаря нашей экспериментальной установке мы сможем реализовать и более сложные схемы, в которых будет происходить квантовое переплетение частиц, их взаимодействие в подходящих материалах.

Это открытие станет предпосылкой для новых квантовых коммуникаций.

— Но до этого еще далеко, предостерег от излишнего восторга Вейтц.

Однако, выводы, сделанные исследовательской группой, могут использоваться для дальнейшего развития лазеров – например, для высокоточных сварочных работ.

25.09.2017