Если вы включите два фонарика и скрестите их лучи, ничего особенного не произойдет. Причина в том, что фотоны не взаимодействуют между собой. Однако что, если бы это было не так, и частицы света могли притягивать и отталкивать друг друга подобно обычным атомам? Возможно, в таком случае лучи света, встречаясь, усиливали бы друг друга и сливались в единый светящийся поток.
Это кажется пустыми фантазиями, осуществление которых невозможно при существующих законах физики. Однако ученые из Массачусетского технологического института заставили фотоны взаимодействовать. В их эксперименте, о котором рассказывает Science Daily, три световые частицы слипались, формируя совершенно новый вид света.
Christine Daniloff / MIT
Первые успешные эксперименты прошли еще в 2013 году, когда впервые было зафиксировано взаимодействие пары фотонов. В новой работе ученые заинтересовались, возможно ли связать три и более световые частицы. Для этого они пропустили очень слабый лазерный луч сквозь плотное облако ультрахолодных атомов рубидия. На выходе фотоны оказались объединены в пары и триплеты. В отличие от свободных фотонов, которые не имеют массы и движутся с скоростью 300 000 км/c, эти структуры приобрели массу доли электрона и замедлились примерно в 100 000 раз.
Для объяснения феномена была разработана специальная физическая модель. По мнению авторов, путешествуя сквозь плотное рубидиевое облако, немногочисленные фотоны перескакивают с одного атома на другой. При этом они становятся так называемыми поляритонами — наполовину фотонами, наполовину атомами. Поляритоны способны взаимодействовать, соединяясь через свои атомные составляющие. На выходе из облака поляритоны вновь превращаются в фотоны, но сохраняют связь. Можно сказать, что фотоны «запоминают» произошедшее с ними внутри облака.
Связанные фотоны можно рассматривать в качестве запутанных, что позволяет использовать их для связи, например, в оптоволокнах. Это открывает новые возможности для распространения информации и квантовых вычислений. Команда надеется, что сможет обнаружить и другие интересные взаимодействия фотонов — например, отталкивание или даже образование правильных узоров или кристаллов.