Stærke interaktioner producerer en dans mellem lys og lyd

Lys og højfrekvente akustiske lydbølger i en lille glasstruktur kan stærkt koble hinanden og udføre en dans i takt.

Et team af forskere fra Imperial College London, universitetet i Oxford, og National Physical Laboratory har eksperimentelt opnået et mangeårigt mål om at demonstrere det såkaldte "stærke koblingsregime" mellem lette og højfrekvente akustiske vibrationer.

Teamets forskning vil have indflydelse på behandling af klassisk og kvanteinformation og endda test af kvantemekanik i store skalaer. Detaljerne i deres forskning offentliggøres i dag i det prestigefyldte tidsskrift Optica .

Centralt i teamets forskning er 'whispering-gallery-mode resonances', hvor lyset hopper mange gange rundt om overfladen af ​​en lille rund glasstruktur vist i figuren ovenfor.

Dette fænomen er opkaldt efter en effekt, der blev observeret i St.Pauls katedral i det nittende århundrede, hvor man kunne hviske langs væggen i den runde galleribygning og blive hørt på den anden side.

"Det er fascinerende, at disse glasringresonatorer kan lagre store mængder lys, som kan 'ryste' molekylerne i materialet og generere akustiske bølger, "sagde projektforfatter Dr. Pascal Del'Haye fra National Physical Laboratory.

Når lyset cirkulerer omkring glasstrukturens omkreds, interagerer det med en 11 GHz akustisk vibration, der får lys til at blive spredt i den modsatte retning. Denne interaktion gør det muligt at bytte energi mellem lys og lyd med en bestemt hastighed. Imidlertid, både lys- og lydfelterne vil forfalde på grund af friktionslignende processer, forhindrer de to i at danse i takt.

Teamet overvandt denne udfordring ved at bruge to sådanne hviskende-galleri-mode resonanser og opnåede en koblingshastighed, der er større end disse friktionslignende processer, gør det muligt at observere signaturerne af lys-lyddansen.

Hovedforfatter til projektet, Georg Enzian ved University of Oxford, sagde:"At opnå dette stærke koblingsregime var et spændende øjeblik for os." Professor Ian Walmsley, medforfatter til projektet, og Provost ved Imperial College London, sagde:"Jeg er begejstret for mulighederne på nær og længere sigt for denne nye eksperimentelle platform."

Ser frem til, holdet forbereder nu den næste generation af disse eksperimenter, der vil fungere ved temperaturer tæt på absolut nul. "Dette vil gøre det muligt at udforske og bruge meget følsom kvantemekanisk adfærd til udvikling af kvanteteknologier, "sagde hovedforsker af projektet, Dr. Michael Vanner fra Quantum Measurement Lab på Imperial College London.