Физиците се научиха да свиват единични частици светлина
Последно: 19 юни 2024 г. в 10:24
Физици от Кеймбриджкия университет за първи път успяха да „свият“ единични частици светлина, което преди се смяташе за невъзможно според цяла редица теоретици.
Това ще позволи създаването на по-мощни и много чисти източници на лазерно лъчение, става ясно от статия, публикувана в сп. Nature.
„Успяхме да го направим благодарение на това, че днес на наше разположение има изкуствени аналози на атоми с такива свойства, които са недостъпни за реалните им събратя. Успяхме да създадем такива условия, в които да свием единичен фотон и да докажем, че това действително е възможно“, казва Мат Ататюр (Mete Atature) от Кеймбриджкия университет.
Както обясняват учените, за разлика от обикновената светлина, която едновременно се явява електромагнитна вълна и поток частици, свитата светлина представлява подреден „набор“ от фотони, чието поведение се обяснява със законите на квантовата физика.
Светлината може да се „свие“ с помощта на нелинейно-оптични кристали з в тях светлината се „разцепва“ на свързани двойки фотони, които постепенно се натрупват в кристала. След известно време количеството фотони достига критична стойност и те излитат от кристала във вид на подреден поток.
Принципът на неопределеност на Хайзенберг – фундаментален закон в квантовата механика – ограничава точността на измерване на скоростта и положението на частиците. Свиването на светлината позволява да се минимизира тази неточност – принципът на неопределеност се превръща от неравенство в равенство, тоест свитата светлина позволява максимално точно да се измери един от двата параметъра – нейната амплитуда или фаза.
По думите на Ататюр дълго време учените не вярвали, че подобен ефект може да се постигне и за единични фотони, тъй като за това се изисква създаването на условия, в които се раждат много слаби и почти невидими за очите и инструментите фотони.
Кеймбриджките физици успели да решат този проблем, като създали необичаен изкуствен атом, така наречената квантова точка, която пораждала „свити“ фотони и едновременно ги правела видими за измерителните уреди. Когато учените осветили този атом със слаби лазерни импулси, получили набор от единични свити фотони. Тяхното изучаване потвърдило, че индивидуалните частици светлина действително може да се свиват.
Засега, както признава Ататюр, откритието на неговия екип няма непосредствено практическо приложение. И все пак, отчитайки опита на гравитационния детектор GEO600, където от няколко години се прилагат лазери на базата на „свита“ светлина за търсене на гравитационни вълни, все ще се намери приложение на подобни източници на лъчение.
„В момента това е същото, както и стремежът да получите качествени снимки на Плутон от орбита или да откриете „дяволските“ пентакварки на колайдера – такива неща, които никога още не сме виждали или не сме знаели за тяхното съществуване.
И едното, и другото е безполезно от практическа гледна точка, но нашият багаж със знания съществено се попълни. Ние се занимаваме с това, тъй като ни е интересно и искаме да открием нещо ново. В това е същината на науката“, заключава физикът.
