Forskere får fotoner til at interagere med par af atomer for første gang

Fysikere ved EPFL har fundet en måde at få fotoner til at interagere med par af atomer for første gang. Gennembruddet er vigtigt for feltet hulrums kvanteelektrodynamik (QED), et banebrydende felt, der fører vejen til kvanteteknologier.

Der er ingen tvivl om, at vi bevæger os støt mod en æra med teknologier baseret på kvantefysik. Men for at komme dertil, vi skal først mestre evnen til at få lys til at interagere med stof - eller mere teknisk set fotoner med atomer.

Dette er allerede nået til en vis grad, giver os det banebrydende felt inden for hulrumskvantelektrodynamik (QED), som allerede bruges i kvantenetværk og kvanteinformationsbehandling. Ikke desto mindre, der er stadig et stykke vej. Nuværende lys-stof-interaktioner er begrænset til individuelle atomer, hvilket begrænser vores evne til at studere dem i den slags komplekse systemer, der er involveret i kvantebaserede teknologier.

I et papir udgivet i Natur , forskere fra gruppen af ​​Jean-Philippe Brantut ved EPFL's School of Basic Sciences har fundet en måde at få fotoner til at 'blande' sig med par atomer ved ultra-lave temperaturer.

Forskerne brugte det, der er kendt som en Fermi -gas, en tilstand af materie lavet af atomer, der ligner elektronernes i materialer. "I mangel af fotoner, gassen kan fremstilles i en tilstand, hvor atomer interagerer meget stærkt med hinanden, danner løst bundne par, "forklarer Brantut." Da lyset sendes på gassen, nogle af disse par kan omdannes til kemisk bundne molekyler ved at absorbere med fotoner. "

Et centralt begreb i denne nye effekt er, at det sker "sammenhængende, "hvilket betyder, at foton kan absorberes for at omdanne et par atomer til et molekyle, derefter udsendt tilbage, reabsorberes derefter flere gange. "Dette indebærer, at par-foton-systemet danner en ny type 'partikel'-teknisk set en excitation-som vi kalder 'par-polariton, '"siger Brantut." Dette er muliggjort i vores system, hvor fotoner er begrænset i et 'optisk hulrum' - en lukket kasse, der tvinger dem til at interagere stærkt med atomerne. "

Hybridpar-polaritoner indtager nogle af egenskaberne ved fotoner, hvilket betyder, at de kan måles med optiske metoder. De overtager også nogle af egenskaberne ved Fermi -gassen, ligesom antallet af atompar, det oprindeligt havde før de indkommende fotoner.

"Nogle af gasens meget indviklede egenskaber oversættes til optiske egenskaber, som kan måles direkte og selv uden at forstyrre systemet, "siger Brantut." En fremtidig anvendelse ville være inden for kvantekemi, da vi demonstrerer, at nogle kemiske reaktioner kan produceres sammenhængende ved hjælp af enkeltfotoner. "