Физики научились строить невесомые молекулы из света

Два фотона могут распространяться в одном направлении, держась друг друга — так образуется световая "молекула"
(иллюстрация E. Edwards/JQI).

Команда физиков-теоретиков из Национального института стандартов и технологий (NIST) в ходе своего нового исследования показала, как из безмассовых частиц-фотонов можно строить физические объекты. Эта работа демонстрирует, что частицы света могут формировать своего рода "молекулы" благодаря действию особой силы.

Новое исследование является продолжением работы, представленной в 2013 году командой Михаила Лукина. Тогда физики представили новый метод связывания двух фотонов в одну "молекулу": экспериментальная демонстрация стала настоящим прорывом в науке, так как ранее никому не удавалось комбинировать отдельные частицы света.

Нужно ли говорить, что серьёзная фундаментальная разработка вдохновлена знаменитыми световыми мечами джедаев из саги "Звёздные войны". Рыцари "включали" свои мечи и световое лезвие возникало буквально из ниоткуда, но имело начало и конец, а значит, было материально.

Статья, принятая к публикации в журнал Physical Review Letters, описывает, как экспериментальным методом можно достичь формирования фотонных молекул, которые станут основой легендарной материи из света. Сейчас с материалом можно ознакомиться на сайте препринтов arXiv.org.

Учёные утверждают, что путём настройки нескольких параметров процесса связывания частиц света можно заставить фотоны распространяться бок-о-бок друг с другом, при этом они будут находиться лишь на определённом одинаковом расстоянии друг от друга. Такую конфигурацию можно сравнить с тем, как ведут себя два атома в молекуле водорода.

"Это трудно назвать полноценной молекулой. Однако конфигурация фотонов в описываемой нами структуре очень похожа на конфигурацию атомов в настоящей молекуле. В данный момент мы изучаем различные состояния света, чтобы впоследствии научиться строить более сложные объекты. Однако уже сейчас мы можем утверждать, что нам удалось заставить два фотона распространяться на одном фиксированном расстоянии друг от друга", — рассказывает ведущий автор нового исследования Алексей Горшков.

Основное препятствие на пути к построению полноценного объекта из световых "молекул" — это необходимость соблюдение ряда жёстких условий среды, лишь при которых фотоны будут распространяться "держась" друг за друга. Но если до создания настоящего джедайского светового меча ещё далеко, то уже сегодня физики понимают, как можно использовать световую материю.

"Множество современных технологий основаны на свете — от коммуникационных технологий до визуализации высокого разрешения. И все эти технологии можно будет существенно улучшить, если научиться управлять взаимодействиями между фотонами", — поясняет Горшков.

Исследователи обещают продолжать трудиться в этом направлении и надеются, что однажды за световым мечом выстроится очередь у их лаборатории