Fysikere splittede irreversibelt fotoner ved at fryse dem ned i et Bose-Einstein-kondensat

Lys kan rettes i forskellige retninger, normalt også tilbage på samme måde. Fysikere fra universitetet i Bonn og universitetet i Köln har, imidlertid, lykkedes at skabe en ny envejs gade for lys. De køler fotoner ned til et Bose-Einstein-kondensat, som får lyset til at samle sig i optiske "dale", hvorfra det ikke længere kan vende tilbage. Resultaterne fra grundforskning kan også være af interesse for fremtidens kvantekommunikation. Resultaterne offentliggøres i Videnskab .

En lysstråle er normalt opdelt ved at blive rettet mod et delvist reflekterende spejl:En del af lyset reflekteres derefter tilbage for at skabe spejlbilledet. Resten passerer gennem spejlet. "Imidlertid, denne proces kan vendes, hvis den eksperimentelle opsætning vendes, "siger prof. dr. Martin Weitz fra Institute of Applied Physics ved University of Bonn. Hvis det reflekterede lys og den del af lyset, der passerer gennem spejlet, sendes i den modsatte retning, den originale lysstråle kan rekonstrueres.

Fysikeren undersøger eksotiske optiske kvantetilstande af lys. Sammen med sit team og prof. Dr. Achim Rosch fra Institute for Theoretical Physics ved University of Köln, Weitz ledte efter en ny metode til at generere optiske envejsgader ved at afkøle fotonerne:Som et resultat af fotonenes mindre energi, lyset skulle samle sig i dale og derved blive irreversibelt delt. Fysikerne brugte et Bose-Einstein-kondensat fremstillet af fotoner til dette formål, som Weitz først opnåede i 2010, bliver den første til at oprette en sådan "super-foton".

En lysstråle kastes frem og tilbage mellem to spejle. Under denne proces, fotonerne kolliderer med farvestofmolekyler placeret mellem de reflekterende overflader. Farvestofmolekylerne "sluger" fotoner og spytter dem derefter ud igen. "Fotonerne opnår temperaturen i farveopløsningen, "siger Weitz." I løbet af dette, de køler ned til stuetemperatur uden at gå tabt. "

Ved at bestråle farveløsningen med en laser, fysikerne øger antallet af fotoner mellem spejlene. Den stærke koncentration af lyspartiklerne kombineret med samtidig afkøling får de enkelte fotoner til at smelte sammen og danne en "super-foton, "også kendt som Bose-Einstein kondensat.

To optiske dale "fanger" lyset

Det nuværende forsøg fungerede i overensstemmelse med dette princip. Imidlertid, et af de to spejle var ikke helt fladt, men havde to små optiske dale. Når lysstrålen kommer ind i et af indrykningerne, afstanden, og derfor bølgelængden, bliver lidt længere. Fotonerne har derefter en lavere energi. Disse lette partikler "afkøles" af farvestofmolekylerne og passerer derefter til en lavenergitilstand i dalene.

Imidlertid, fotoner i indrykningerne opfører sig ikke som kugler, der ruller hen over et bølgepap. Kugler ruller ind i bølgepladens dale og forbliver der, adskilt af "toppe".

"I vores eksperiment, de to dale er så tæt på hinanden, at der opstår en tunnelkobling, "rapporterer hovedforfatter Christian Kurtscheid fra Weitz -teamet. Det er derfor ikke længere muligt at bestemme, hvilke fotoner der er i hvilken dal." Fotonerne holdes i de to dale og går ind i systemets laveste energitilstand, "forklarer Weitz." Dette deler lyset irreversibelt, som om det passerede gennem et kryds for enden af ​​en envejsgade, mens lysbølgerne forbliver i låsetrin i forskellige indrykninger. "

Forskerne håber, at dette eksperimentelle arrangement vil gøre det muligt at producere endnu mere komplekse kvantetilstande, der tillader generering af sammenflettede fotoniske flerpartikelstater. "Måske kan kvantecomputere en dag bruge denne metode til at kommunikere med hinanden og danne en slags kvanteinternet, ”siger Weitz med henblik på fremtiden.