Είναι μια ματιά της επιστημονικής φαντασίας που έγινε γεγονός: Οι επιστήμονες έχουν δημιουργήσει μια νέα μορφή φωτός που θα μπορούσε κάποια μέρα να χρησιμοποιηθεί για την κατασκευή ελαφρών κρυστάλλων. Πριν όμως οι Τζένις αρχίσουν να ζητούν τα σπαθιά τους, η πρόοδος είναι πολύ πιο πιθανό να οδηγήσει σε ενδιαφέροντα νέα μέσα επικοινωνίας και πληροφορικής, αναφέρουν ερευνητές αυτή την εβδομάδα στην επιστήμη .
Το φως αποτελείται από φωτόνια - γρήγορα, μικροσκοπικά πακέτα ενέργειας. Χαρακτηριστικά, τα φωτόνια δεν αλληλεπιδρούν καθόλου, γι 'αυτό όταν χρησιμοποιείτε φακούς "δεν βλέπετε τα φώτα να αναπηδούν ο ένας τον άλλο, τα βλέπετε να περνούν μεταξύ τους", εξηγεί ο Sergio Cantu, Ph.D. υποψήφιος στην ατομική φυσική στο Ινστιτούτο Τεχνολογίας της Μασαχουσέτης. Σε νέα πειράματα, όμως, οι φυσικοί συνένωναν μεμονωμένα φωτόνια ώστε να ζευγαρώνουν το ένα το άλλο και να συνδέουν, παρόμοια με τον τρόπο που τα επιμέρους άτομα κολλάνε μαζί σε μόρια.
Ο χορός των φωτονίων συμβαίνει σε ένα εργαστήριο στο MIT, όπου οι φυσικοί κάνουν πειράματα επιτραπέζιου τύπου με λέιζερ. Cantu, η συνάδελφός του Aditya Venkatramani, Ph.D. υποψήφιος στην ατομική φυσική στο Πανεπιστήμιο του Χάρβαρντ, και οι συνεργάτες τους αρχίζουν δημιουργώντας ένα σύννεφο ψυχθέντων ατόμων ρουβιδίου. Το ρουβίδιο είναι ένα αλκαλικό μέταλλο, έτσι τυπικά μοιάζει με ένα ασήμι-λευκό στερεό. Αλλά η εξάτμιση του ρουβιδίου με λέιζερ και η διατήρησή του με υπερκάλυψη δημιουργεί ένα σύννεφο που οι ερευνητές περιέχουν σε ένα μικρό σωλήνα και μαγνητίζουν. Αυτό κρατά τα άτομα του ρουβιδίου διάχυτα, αργά κινούμενα και σε κατάσταση έντονης διέγερσης.
Στη συνέχεια, η ομάδα πυρκαγιά ένα αδύναμο λέιζερ στο σύννεφο. Το λέιζερ είναι τόσο αδύναμο που μόνο μια χούφτα φωτονίων εισέρχονται στο σύννεφο, εξηγεί το δελτίο τύπου από το MIT. Οι φυσικοί μετράνε τα φωτόνια όταν βγαίνουν από την άλλη πλευρά του σύννεφου και αυτό συμβαίνει όταν τα πράγματα γίνονται παράξενα.
Κανονικά τα φωτόνια θα ταξιδεύουν με ταχύτητα φωτός - ή σχεδόν 300.000 χιλιομέτρων ανά δευτερόλεπτο. Αλλά ενώ περνούν από το σύννεφο, τα φωτόνια σέρνονται κατά 100.000 φορές πιο αργά από το κανονικό. Επίσης, αντί να εξέρχεται τυχαία το σύννεφο, τα φωτόνια έρχονται σε ζεύγη ή τριπλάσια. Αυτά τα ζεύγη και τριπλίες εκπέμπουν επίσης μια διαφορετική υπογραφή ενέργειας, μια μετατόπιση φάσης, που λέει στους ερευνητές ότι τα φωτόνια αλληλεπιδρούν.
"Αρχικά, ήταν ασαφές", λέει ο Venkatramani. Η ομάδα είχε δει δυο φωτόνια να αλληλεπιδρούν πριν, αλλά δεν ήξεραν αν ήταν δυνατές τριάδες. Μετά από όλα, εξηγεί, ένα μόριο υδρογόνου είναι μια σταθερή διάταξη δύο ατόμων υδρογόνου, αλλά τρία άτομα υδρογόνου δεν μπορούν να παραμείνουν μαζί για περισσότερο από ένα εκατομμύριο δευτερολέπτου. "Δεν ήμασταν βέβαιοι ότι τρία φωτόνια θα ήταν ένα σταθερό μόριο ή κάτι που θα μπορούσαμε να δούμε ακόμη", λέει.
Παραδόξως, οι ερευνητές ανακάλυψαν ότι η ομαδοποίηση των τριών φωτονίων είναι ακόμη πιο σταθερή από δύο. "Όσο περισσότερο προσθέτετε, τόσο πιο έντονα δεσμεύονται", λέει ο Venkatramani.
Αλλά πώς συγκεντρώνονται τα φωτόνια; Το θεωρητικό μοντέλο των φυσικών υποδηλώνει ότι, καθώς ένα φωτόνιο μετακινείται μέσα από το σύννεφο του ρουβιδίου, λυμαίνεται από το ένα άτομο στο άλλο "σαν μια μέλισσα που κυματίζει ανάμεσα στα λουλούδια" εξηγεί το δελτίο τύπου. Ένα φωτόνιο μπορεί να συνδεθεί σύντομα με ένα άτομο, σχηματίζοντας ένα υβριδικό άτομο φωτονίων ή πολικό. Εάν δύο από αυτές τις πολικές συνέρχονται στο σύννεφο, αλληλεπιδρούν. Όταν φτάσουν στην άκρη του σύννεφου, τα άτομα παραμένουν πίσω και τα φωτόνια φεύγουν προς τα εμπρός, ενώνονται ακόμα. Προσθέστε περισσότερα φωτόνια και το ίδιο φαινόμενο δημιουργεί τριπλέτες.
"Τώρα που καταλαβαίνουμε τι οδηγεί στις ελκυστικές αλληλεπιδράσεις, μπορείτε να ρωτήσετε: Μπορείτε να τους κάνετε να απωθούνται;" λέει ο Cantu. Βασικά, το παιχνίδι με την αλληλεπίδραση θα μπορούσε να αποκαλύψει νέες ιδέες για το πώς λειτουργεί η ενέργεια ή από πού προέρχεται, λέει.
Για τους σκοπούς της τεχνολογικής προόδου, τα φωτόνια που συνδέονται μαζί με αυτόν τον τρόπο μπορούν να μεταφέρουν πληροφορίες - μια ποιότητα που είναι χρήσιμη για τον κβαντικό υπολογισμό. Και ο κβαντικός υπολογισμός θα μπορούσε να οδηγήσει σε μη επεξεργάσιμους κώδικες, εξαιρετικά ακριβή ρολόγια, απίστευτα ισχυρούς υπολογιστές και πολλά άλλα. Το πράγμα που είναι τόσο ελκυστικό για την κωδικοποίηση πληροφοριών σε φωτόνια είναι ότι τα φωτόνια μπορούν να μεταφέρουν τις πληροφορίες τους σε αποστάσεις πολύ γρήγορα. Ήδη τα φωτόνια επιταχύνουν τις επικοινωνίες μας μέσω οπτικών ινών. Τα δεσμευμένα ή εμπλεγμένα φωτόνια μπορούν να μεταδώσουν σύνθετες κβαντικές πληροφορίες σχεδόν στιγμιαία.
Η ομάδα προβλέπει τον έλεγχο των ελκυστικών και απωθητικών αλληλεπιδράσεων των φωτονίων τόσο επακριβώς ώστε να μπορούν να οργανώσουν φωτόνια σε προβλέψιμες δομές που συγκρατούνται μαζί σαν κρυστάλλους. Ορισμένα φωτόνια θα απωθούν ο ένας τον άλλον, σπρώχνουν προς τα έξω μέχρι να βρουν το δικό τους χώρο, ενώ άλλοι κρατούν το μεγαλύτερο σχηματισμό και κρατούν τα απωθητικά αυτά από τη διασπορά. Η σχεδίασή τους θα ήταν ένα ελαφρύ κρύσταλλο. Σε ένα ελαφρύ κρύσταλλο, "αν ξέρετε πού είναι ένα φωτόνιο, τότε ξέρετε πού βρίσκονται οι άλλοι πίσω του, με ίσα διαστήματα", λέει ο Venkatramani. "Αυτό θα μπορούσε να είναι πολύ χρήσιμο αν θέλετε να έχετε κβαντική επικοινωνία σε τακτά χρονικά διαστήματα."
Το μέλλον που θα μπορούσαν να επιτρέψουν σε τέτοιους κρυστάλλους μπορεί να φανεί πιο νεφελώδες από εκείνο όπου οι άνθρωποι πολεμούν με φώτα φωτός, αλλά θα μπορούσαν να κρατήσουν ακόμα πιο εντυπωσιακές και εντυπωσιακές προόδους.
Σημείωση του συντάκτη: Αυτή η ιστορία έχει διορθωθεί ώστε να αντικατοπτρίζει ότι τα φωτόνια, όχι τα άτομα, εισέρχονται στο σύννεφο του ρουβιδίου και η ταχύτητά τους επιβραδύνεται καθώς περνούν.
