ОКО ПЛАНЕТЫ > Новости науки и техники > Свет удалось полностью остановить на целую минуту

Свет удалось полностью остановить на целую минуту


29-07-2013, 14:54. Разместил: VP
 

Скорость света — величина хоть и конечная, но абсолютно недостижимая (по крайней мере, на сегодня) для частиц материи, отличных от фотонов. В вакууме она достигает почти 300 тысяч километров в секунду, но в любом другом веществе (вода, газ, стекло) фотоны движутся несколько медленнее. Будучи осведомлёнными об этом факте, физики научились использовать природу света и подстраивать её под себя.

В 1999 году исследователям удалось замедлить скорость света до 17 километров в секунду, что стало рекордом на тот момент. В 2003 году та же группа учёных побила свой собственный рекорд и остановила свет полностью на доли секунды. В начале 2013 года физики значительно увеличили время задержки света — до 16 секунд, и сделали они это при помощи охлаждённых атомов газа.

 

Свет в вакууме движется со скоростью почти в 300 тысяч километров в секунду, тогда как в кристалле его можно полностью остановить (фото Alamy).

 

Свет в вакууме движется со скоростью почти в 300 тысяч километров в секунду, тогда как в кристалле его можно полностью остановить (фото Szczecin/Wikimedia Commons).

 

Сегодня побиты все предыдущие рекорды в области остановки света. Пучок фотонов удалось задержать на целую минуту: за это время он бы двадцать раз успел слетать к Луне и обратно. Команда учёных из университета Дармштадта (Technischen Universität Darmstadt) провела эксперимент с двумя лучами лазера и кристаллом, прозрачность которого можно было регулировать. Технология, которую они применили, называлась электромагнитно-индуцированной прозрачностью (electromagnetically induced transparency).

Георг Хайнце (George Heinze), Томас Хальфман (Thomas Halfmann) и их коллеги взяли для эксперимента непрозрачный (то есть не пропускающий свет вовсе) кристалл. Они охладили его до очень низкой температуры и направили на него луч лазера. Лазер перевёл атомы кристалла в состояние квантовой суперпозиции, вследствие чего он стал прозрачным для света строго определённых частот. Затем на кристалл направили другой луч лазера подходящей частоты; он прошёл сквозь грань и попал вовнутрь, параллельно "выключив" первый лазер и сделав кристалл вновь непрозрачным.

Время, которое свет проведёт "взаперти", зависит от квантовой суперпозиции атомов кристалла. Увеличить длительность задержки света можно при помощи магнитного поля, но в таком случае будет сложнее контролировать конфигурацию лазера. Хайнце и его команда испробовали множество разных комбинаций лазеров и магнитов, пока одна из них, в конце концов, не дала нужного результата.

Чтобы доказать работоспособность технологии, физики также сохранили и воспроизвели изображение трёх горизонтальных полос.

 

Изображение трёх горизонтальных полос, созданное учёными (фото Technischen Universität Darmstadt).

 

Изображение трёх горизонтальных полос, созданное учёными (фото Technischen Universität Darmstadt).


"Таким образом мы наглядно показали, что сложную информацию, такую как изображение, можно запечатлеть с помощью нашей методики", — говорили Хайнце.

Достижение немецких физиков важно далеко не только для фундаментальной науки. При помощи этой технологии можно будет создать квантовый повторитель — устройство, передающее сигналы из одного кабеля в другой без маршрутизации или фильтрации пакетов. Квантовый повторитель сможет останавливать и вновь испускать пучки фотонов, что необходимо для работы квантовых сетей, простирающихся на большие расстояния по всему миру.

Для дальнейшего прогресса технологии необходимо повторить эксперимент только уже с другим веществом, поскольку для использованного материала минута — это предел возможностей.

О результатах эксперимента и его потенциальных практических применениях немецкие физики рассказали в своей статье, которая вышла в журнале Physical Review Letters.

Как видно, скорость светового потока может сильно варьироваться, вплоть до "заморозки". Добавим, что бывало и так, что скорость светового потока становилась отрицательной (вот уж до чего замысловата физика!). В 2006 году придать столь необычные свойства свету смогли физики университета Рочестера. Заметим, что отрицательная скорость – это, по сути, обращение при помощи соответствующих материалов светового потока вспять. Но не всё так просто, как кажется: возвращается "горб" светового импульса. В анимационном ролике ниже показано движение таких "горбов". Синим пунктиром обозначены вход и выход из оптоволоконного канала. Красный график иллюстрирует движение световых импульсов. На выходном конце ещё до входа света в оптоволокно рождается пик-близнец, который успевает вернуться и "аннулировать" пик ещё только входящего сигнала, в результате чего общая скорость и становится отрицательной.


Вернуться назад