Ученые заставили фотоны взаимодействовать друг с другом и объединяться в «молекулы». Эта форма существования материи чем-то напоминает световые мечи джедаев.
Статья с описанием открытия, сделанного американскими специалистами из Гарвардского университета, опубликована в свежем выпуске журнала Nature.
Считается, что фотоны лишены массы и потому не могут взаимодействовать друг с другом. Эта идея лежит в основе общепринятых представлений о природе света. Однако некоторые теоретики полагали, что иногда между фотонами всё же может образовываться связь. Авторы исследования впервые смогли экспериментально подтвердить эту гипотезу.
Ученым удалось создать среду, проходя через которую, фотоны ведут себя так, как будто они имеют массу и объединяются в молекулы. «Аналогия со световыми мечами не будет неуместной. Когда фотоны взаимодействуют, они сталкиваются и изменяют траекторию друг друга», -- пояснил Михаил Лукин, один из авторов статьи.
В ходе эксперимента авторы закачивали в вакуумную установку атомы рубидия и охлаждали их до температуры, близкой к абсолютному нулю. Затем с помощью очень слабых лазерных импульсов они запускали туда единичные фотоны. Фотоны входили в облако атомов рубидия, отдавали им свою энергию и резко замедлялись.
К моменту вылета фотонов из облака атомы «возвращали» им энергию, перед этим передав ее друг другу по цепочке. Экспериментаторы обнаружили, что если запустить в облако не один, а сразу два фотона, то они вылетают оттуда одновременно, как будто они двигались в сцепленном состоянии, подобно единой молекуле.
Квантовые компьютеры и кристаллы из света
По словам специалистов, «сцепляться» фотоны заставляет эффект, известный как ридберговская дипольная блокада: соседние атомы не могут возбудиться в одинаковой степени. Поэтому фотон, чтобы возбудить атом, должен «ждать», пока энергия, пришедшая с другим фотоном к соседнему атому, уйдет дальше по цепочке. В результате фотоны пролетают сквозь облако, «оглядываясь» друг на друга.
Как считают физики, дальнейшая работа в этом направлении поможет в создании квантовых компьютеров. Для передачи информации в них лучше всего подходят как раз фотоны, главное задача на сегодня – заставить их взаимодействовать. В будущем из «фотонных молекул» также можно будет создавать трехмерные тела, например, небольшие кристаллы.
