ФОТОНЫ ОБЪЕДИНИЛИ, ЗАМЕДЛИЛИ И ОБНАРУЖИЛИ У НИХ МАССУ

На пути к световому мечу: фотоны объединили, замедлили и обнаружили у них массу

Учёные продемонстрировали новую форму света, частицы которого взаимодействуют между собой.

Сразу после выхода первых фильмов серии "Звёздные войны" среди учёных разгорелся спор, существует ли хотя бы теоретическая возможность создания оружия рыцарей-джедаев – светового меча. И главным доводом критиков этой идеи стал тот факт, что свет состоит из невесомых и очень быстрых фотонов, которые совершенно не взаимодействуют между собой. Поэтому, сколько ни скрещивай два мощных лазерных луча, они пройдут друг через друга без каких-либо взаимодействий.

Но физик Михаил Лукин и его коллеги из Массачусетского технологического института и Гарвардского университета не теряли надежду когда-нибудь воплотить в реальность объект, которым мечтают обладать многочисленные фанаты киносаги.

В качестве первого шага нужно было заставить фотоны вступать во взаимодействие. И несколько лет назад они впервые доказали, что из частиц света можно построить неизвестный ранее тип материи, объединяя пару фотонов в своеобразные фотонные молекулы. Теперь та же команда учёных продемонстрировала, что "материализоваться" могут группы из трёх фотонов, которые ко всему прочему замедляются и приобретают массу.

"Вы можете объединить два и три атома кислорода в молекулу O2 или O3, но с четырьмя атомами этого сделать не получится. А некоторые химические элементы не образуют молекулы даже из трёх составляющих, – говорит в пресс-релизе ведущий автор нового исследования Владан Вулетич (Vladan Vuletić). – Так что до сих пор оставалось непонятным, можно ли добавлять в молекулу дополнительные фотоны, чтобы делать её больше и больше".

Как и в первых экспериментах физики охладили облако атомов рубидия почти до абсолютного нуля, в результате чего частицы практически замерли на месте (в итоге такое облако действует как единое целое)

- Это вигнеровский кристалл, и такие работы известны уже с полвека - Л.А.

Когда через облако пропускали луч света, фотоны входили и выходили в него, разделённые случайными временными интервалами. При этом на входе и выходе фотоны были в одинаковом состоянии.

Затем исследователи создали слабый, но имеющий точные характеристики лазерный луч. Он в каждый отдельный момент времени выпускал в облако лишь несколько фотонов. Тут и оказалось, что частицы света выходили из облака группами по два или три фотона. В облаке они будто бы притягивались друг к другу.

Учёные измерили свойства таких "фотонных молекул" на выходе и обнаружили, что они на самом деле приобрели массу. Конечно, она была очень мала и составляла лишь небольшую долю от массы электрона, но и это гигантский прорыв для частиц, которые вообще-то не имеют массы.

Столь значительное изменение не могло не сказаться на скорости фотонов, которая стала в сто тысяч раз меньше скорости света.

Исследователи также измерили частоту колебаний фотонов (фазу). Чем она больше, тем сильнее частицы связаны. Как сообщается в статье, опубликованной в журнале Science, фаза трёхфотонных молекул была в три раза больше, чем у парных.

Команда объясняет возможность взаимодействия между фотонами тем, что в момент столкновения с "замёрзшими" атомами рубидия каждый из них превращается в поляритон – квазичастицу, которая является наполовину светом (фотоном), наполовину материей (атомом).

В момент столкновения они приобретают массу (атомная составляющая поляритона). Путешествуя через облако рубидия, фотон движется от атома к атому, словно пчела, садящаяся на цветки. Каждое такое взаимодействие с атомом длится миллионные доли секунды, но иногда могут происходить встречи фотонов, после которых они следуют вместе неразрывно. Покинув облако, они теряют атомную составляющую, но "помнят" о том, что происходило с ними в облаке, оставаясь связанными в пары и триплеты.

Конечно, о создании джедайских мечей из таких групп фотонов речи не идёт (по крайней мере, пока). Но, поскольку связанные фотоны, по сути, являются квантов запутанными,

- так в тексте - Л.А.

они, вероятно, могут быть использованы в квантовых компьютерах для создания новых способов передачи информации (в облаке происходит своего рода запись состояния, которую можно считать на выходе из него).

Фотоны перемещаются в пространстве очень быстро, преодолевая огромные расстояния за доли секунды. С их помощью информация передаётся уже сегодня, например, по оптоволокну. Если фотоны могут воздействовать друг на друга, а именно это показали американские специалисты, их можно использовать для передачи квантовой информации необычным способом.

Кроме того, учёные надеются в дальнейшем найти и другие формы взаимодействия частиц света. По их словам, если фотоны могут притягиваться, то почему бы не заставить их отталкиваться. Хотя команды MIT и Гарварда, Принстона и Университета Чикаго, сделавшие данное открытие, пока не представляют, как это может выглядеть.

Напомним, что "Звёздные войны" вдохновляют учёных и на другие исследования, такие как создание "живых" голограмм и расчёт "реального" боевого потенциала "Звезды смерти".

- Джедайские мечи - это прекрасно, конечно.. но кмк, гораздо важнее, что эти работы можно рассматривать в смысле попыток  понять свойства "жёсткого света", используемого НЛО в разных целях.. как универсального манипулятора - Л.А.