Физики из Кембриджского университета впервые смогли «сжать» одиночные частицы света, что раньше считалось невозможным трюком по мнению целого ряда теоретиков, и что позволит создавать мощные и очень чистые источники лазерного излучения, говорится в статье, опубликованной в журнале Nature.
«Нам удалось сделать это благодаря тому, что сегодня в нашем распоряжении есть искусственные аналоги атомов, обладающие такими оптическими свойствами, которые недоступны их реальным собратьям. Нам удалось создать такие условия, в которых мы смогли сжать одиночный фотон и доказать, что это действительно возможно совершить», — заявил Мит Ататюр (Mete Atature) из Кембриджского университета (Великобритания).
Как объясняют ученые, в отличие от обычного света, который одновременно является электромагнитной волной и потоком частиц-фотонов, сжатый свет представляет собой упорядоченный «набор» фотонов, поведение которого объясняется законами квантовой физики.
Свет можно «сжать» при помощи нелинейно-оптических кристаллов — в них свет «расщепляется» на связанные пары фотонов, которые постепенно накапливаются внутри кристалла. Через некоторое время количество фотонов достигает критического значения, и они вылетают из кристалла в виде упорядоченного потока.
Принцип неопределенности Гейзенберга — фундаментальный закон квантовой механики — ограничивает точность измерения скорости и положения частиц. Сжатие света позволяет минимизировать эту неточность — принцип неопределенности превращается из неравенства в равенство, то есть сжатый свет позволяет максимально точно измерить один из двух параметров — его амплитуду или фазу.
Долгое время, по словам Ататюра, ученые не верили в то, что подобного эффекта можно добиться и для одиночных фотонов, так как для этого требуется создание условий, в которых рождаются очень слабые и почти «невидимые» для глаза и инструментов фотоны. «Сжатый» свет поможет поймать гравитационные волны, считают ученые
Кембриджские физики смогли решить эту проблему, создав необычный искусственный атом, так называемую квантовую точку, которая порождала «сжатые» фотоны и одновременно делала их заметными для измерительных приборов. Когда ученые осветили этот атом слабыми импульсами лазера, они получили набор одиночных сжатых фотонов, изучение которых подтвердило, что индивидуальные частицы света действительно можно сжимать.
Пока, как признает Ататюр, у открытия его группы нет непосредственных практических приложений. Тем не менее, учитывая опыт гравитационного детектора GEO600, где уже несколько лет применяются лазеры на базе «сжатого» света для поиска гравитационных волн, научное или промышленное применение для подобных источников излучения обязательно найдется.
«Пока это то же самое, что и стремление получить классные фотографии Плутона с орбиты или открыть «дьявольские» пентакварки на коллайдере – те вещи, которые мы еще никогда не видели или не знали об их существовании. И то и другое пока бесполезно с практической точки зрения, но наш багаж знаний заметно пополнился. Мы занимаемся этим потому, что это нам интересно, и мы хотим открыть что-то новое. В этом и суть науки», — заключает физик.
Иллюстрация к статье:
Обсуждение