В журнале Nature появился отчет о совместной работе ученых из Гарвардского университета и МTI (Массачусетского технологического института). Судя по всему им неожиданно удалось создать из частиц света новую форму материи (как бы фантастично это не звучало). И это значит, что появляется реальный шанс, воплотить фантастические световые мечи джедаев в реальности! Это невероятное открытие совершили Михаил Лукин и Владан Вулетич.
До сих пор считалось, что фотон — это такая частица, у которой нет массы и фотоны не взаимодействуют между собой. Ведь если направлять один луч света на другой, то каждый из них просто пройдет сквозь другой. И вроде бы до сих пор был вполне очевидным тот факт, что джедайские мечи из фильма «Звездные войны» — это не более, чем выдумка. Действительно, нельзя же фехтовать тенями. Но вот яркий пример того, как в реальной жизни происходит решение задач по физике. Ученые долго экспериментировали, строили теоретические выкладки и наконец поняли, что можно создать такую специфическую среду, в которой фотоны будут взаимодействовать.
В этой среде фотоны начинают вести себя нестандартно: они как будто приобретают массу и между ними проявляется связь, что дает возможность формировать своего рода «молекулы».
Когда происходит взаимодействие между фотонами, они оказывают сопротивление друг другу и отталкиваются. И физически результат происходящего с такими «фотонными молекулами» очень похож на тот, который мы видим в научно-фантастическом фильме Джорджа Лукаса.
Технически для физиков решение задач по созданию подходящей среды для взаимодействия фотонов сводилось к следующему. В вакуумную камеру закачивали рубидиевые атомы. Далее их облако охлаждали до очень низкой температуры и импульсами лазера отдельные фотоны закидывали в это облако. Фотон сталкивался с охлажденными атомами и ему приходилось отдавать энергию. За счет этого фотоны замедлялись. Двигаясь сквозь облако из атомов, фотон передавал энергию от одного атома к другому. И в результате, выходя из облака, фотон покидал его с той же энергией. То есть на выходе фотон выглядел также, как и на входе. Этот процесс похож на преломление света в воде. Когда свет попадает, например, в стакан с водой, то у света на входе часть энергии «отнимается», а на выходе «возвращается». Но в отличие от стакана с водой, среда с экстремально холодными атомами рубидия забирает гораздо больше энергии у фотона.
Далее физики решили попробовать выстреливать в облако не отдельным фотоном, а сразу двумя. И оказалось, что фотоны выходят вместе, как будто образуя своего рода «молекулу». Они задались вопросом, как это происходит. Оказалось, что если один атом возбужден, то наиболее близкий к нему другой атом не может быть активирован столь же сильно. И получается, что когда фотон №1 вошел в облако, он возбуждает атом №1. Но, чтобы фотон №2 смог возбудить атом №2, первый фотон должен уйти далеко вперед.
При этом фотон №1 передает свою энергию от атома к атому (так один спортсмен передает другому олимпийский факел). И в результате обоим фотонам приходится продвигаться все время вместе, тесно взаимодействуя. Этот эффект называется «ридберговская блокада». Результат этого эффекта проявляется в том, что два фотона начинают вести себя как будто они — молекула. И вероятность того, что они покинут облако вместе — гораздо выше, чем по-отдельности.
Поскольку фотоны — это лучшее средство для передачи квантовой информации, то кроме джедайских мечей, у этого открытия есть еще крайне интересная возможность для практического применения. Это квантовый компьютер. Помехой для его создания до сих пор являлся как раз тот факт, что фотоны не взаимодействуют. И хотя необходимо решить еще целый ряд задач, но похоже, что открытые учеными новые физические принципы позволят через какое-то время создавать устройства, которые до сих пор были только в мечтах фантастов.