Отримано абсолютно нову форму матерії, Журнал Популярна Механіка
Вченим вдалося створити середовище, в якому фотони взаємодіють один з одним так сильно, що починають поводитися, як частинки, які мають масу - свого роду молекули. Такий тип взаємодії між фотонами вже давно обговорювався теоретично, проте реалізувати його в лабораторних умовах вдалося вперше.
Це відкриття, каже Лукін, суперечить загальноприйнятим уявленням про природу світла, згідно з якими безмасові фотони не здатні взаємодіяти один з одним: схрестіть два лазерні промені, і вони просто пройдуть один крізь інший.
Однак «фотонні молекули» поводяться не як звичайні лазерні промені, а швидше, як світлові мечі з відомої фантастичної саги. «Це не найгірша аналогія, — каже Лукін. — При взаємодії фотони відштовхують, відхиляють один одного, і фізика цього процесу дуже схожа на те, що ми бачимо у кіно».
Мирний термоотрута: Енергонадії людства
Що насправді зображено на знаменитій картині "Крік"?
Щоб створити для фотонів умови, в яких вони взаємодіятимуть один з одним, вчені помістили хмару атомів рубідії у вакуумну камеру, температура в якій була всього на кілька градусів вище за абсолютного нуля. Використовуючи надзвичайно слабкі лазерні імпульси, дослідники спрямовували до хмари атомів одиночні фотони.
Коли фотон входить у хмару атомів, його енергія переводить атоми, які опинилися по дорозі, у збуджений стан. Рух фотона, що потрапив з вакууму в хмару атомів, уповільнюється. В результаті фотон, що перевипромінюється від атома до атома, залишає хмару, залишивши її з тією самою загальною енергією, що й до візиту фотона.
Що ж станеться, якщо направити в хмару двіфотона, які у звичайному середовищі і «не помітили» один одного? Експерименти показали, що фотони виходять із хмари атомів рубідії одночасно, якби вони були масивними частинками, що вступили у взаємодію.
Існування «фотонних молекул» стає можливим завдяки ефекту блокади рідбергівських атомів. Якщо один з атомів рубідія переходить у збуджений (рідбергівський) стан, це з ряду причин забороняє атомам, що сусідять з ним, подібний перехід. А значить, другий фотон змушений «чекати своєї черги», а дочекавшись, прямувати на простір, що звільнився. В результаті фотони поводяться подібно до частинок, що мають масу, які притягують і відштовхують один одного в хмарі атомів.
"Це взаємодія фотонів, що відбувається за допомогою міжатомної взаємодії, - говорить Лукін, - змушує фотони поводитися, як молекула, і велика ймовірність того, що вони покинуть хмару разом".
Виявлений ефект може бути використаний у системах квантової логіки та класичних оптичних системах. Лукін також припустив, що з "фотонних молекул" одного разу вдасться скласти тривимірні "світлові кристали". "Я ще не знаю, яку користь вдасться з цього отримати", - сказав він. Втім, учений висловив сподівання, що з вивчення властивостей «фотонних молекул» їм вдасться знайти застосування.