Свет может быть перемещаться одинаково как в одну, так и в другую сторону. Однако физикам удалось создать “улицу только с односторонним движением” для света.
Они охлаждают фотоны до конденсата Бозе-Эйнштейна, в результате чего свет собирается в оптических "долинах", откуда он больше не может вернуться.
Результаты исследований могут стать фундаментальными, а также представлять интерес для квантовой коммуникации в будущем.
Световой луч обычно разделяют, направляя его на частично отражающее зеркало.
В результате часть света возвращается назад, отразившись от зеркала. Остальная часть света проходит сквозь зеркало.
Однако, этот процесс можно изменить, если развернуть экспериментальную установку.
Если отраженную часть света и часть света, прошедшего через зеркало повернуть в противоположном направлении, то исходный луч света можно восстановить.
Физики проводили исследования экзотических оптических квантовых состояний света.
Ученые искали новый метод создания оптических “односторонних улиц” путем охлаждения лёгких частиц (фотонов).
В результате меньшей энергии фотонов свет должен был собираться в разных каналах и, таким образом, необратимо разделяться.
Физики использовали для этой цели конденсат Бозе-Эйнштейна, сделанный из фотонов.
Луч света перемещается туда-сюда между двумя зеркалами.
Во время этого процесса фотоны сталкиваются с молекулами красителя, расположенными между отражающими поверхностями.
Молекулы красителя "проглатывают" фотоны, а затем выплевывают их снова.
При этом фотоны приобретают температуру красящего раствора. Они остывают до комнатной температуры.
Облучая раствор красителя лазером, физики увеличивали количество фотонов между зеркалами.
Сильная концентрация лёгких частиц в сочетании с одновременным охлаждением приводит к тому, что отдельные фотоны плавятся, образуя "суперфотон", также известный как конденсат Бозе-Эйнштейна.
Два оптических канала "ловят" свет.
Нынешний эксперимент, проведенный группой физиков проходил в соответствии с этим принципом.
Однако одно из двух зеркал было не совсем плоским, а имело два маленьких оптических канала.
Когда луч света попадает в один из каналов, длина волны становится немного больше.
Энергия фотонов при этом уменьшается. Эти легкие частицы "охлаждаются" молекулами красителя и затем переходят в низкоэнергетическое состояние в каналах.
Однако фотоны в каналах ведут себя не как, например, мраморные шары катающиеся по гофрированной дорожке (в кегельбане).
Мраморный шар скатывается в один из каналов гофрированной дорожки и остается там.
В данном эксперименте два канала расположены так близко друг к другу, что возникает туннельное соединение.
Поэтому становится невозможно определить, какие фотоны находятся в каком канале.
Фотоны удерживаются в этих двух “долинах” и и переходят в самое низкое энергетическое состояние системы.
Это необратимо расщепляет свет так, как если бы он попадал на перекресток в конце улицы с односторонним движением.
Но при этом световые волны остаются запертыми в разных каналах.
Ученые надеются, что эта экспериментальная схема позволит получить еще более сложные квантовые состояния, позволяющие генерировать чересстрочные фотонные многочастичные состояния.
Возможно, когда-нибудь квантовые компьютеры смогут использовать этот метод для связи друг с другом и формирования своего рода квантового Интернета.
***
Подписывайтесь на канал. Будет еще много интересных открытий.