Ученым впервые удалось заставить фотоны взаимодействовать между собой. Это можно будет использовать в квантовых компьютерах и для создания чего-то похожего на световые мечи из «Звездных войн».

Если скрестить два луча от фонариков в темной комнате, то ничего не случиться, они пройдут сквозь и продолжат движение. Это происходит по той причине, что отдельные фотоны не взаимодействуют.

Но что если заставить их объединяться в пары и тройки, притягиваться друг к другу и отталкиваться по аналогии с атомами обычной материи? Это звучит ненаучно, но группа физиков из Массачусетского технологичного института (MIT), Гарвардского и других университетов продемонстрировали, что взаимодействие фотонов возможно.

Эксперимент

В статье, опубликованной в журнале Science, команда сообщила, что смогла наблюдать группы взаимодействующих двух и трех фотонов, что означает, по сути новую форму материи.

Во время эксперимента, исследователи использовали слабый лазерный луч в плотном облаке ультрахолодных атомов рубидия. А на выходе обнаружили, вместе с одиночными фотонами также пары и тройки элементарных частиц (квантов света).

Фотоны не имеют массы и стабильно движутся со скоростью света (в вакууме — 300 тыс. км/с). Но связанные фотоны приобрели массу и потеряли скорость, двигались в 100 тыс. раз медленнее, чем частички, которые не взаимодействовали.

Объяснение

Модель, основанная на физических принципах, выдвигает следующий сценарий: когда один фотон движется через облако атомов рубидия, он ненадолго приземляется на соседний атом, прежде чем переходить на другой атом, как пчела, летающая между цветами, до тех пор, пока она не достигнет другого конца облака.

Если другой фотон одновременно перемещается через облако, он также может провести некоторое время на атоме рубидия, образуя поляритон — гибрид, который является частично фотоном, частично атомом. Тогда два (или три) поляритона могут взаимодействовать друг с другом через их атомную составляющую. Все взаимодействие в облаке атомов происходит за миллионную долю секунды.

Применение

Если получиться заставить их взаимодействовать другими способами, фотоны могут использоваться для выполнения чрезвычайно быстрых квантовых вычислений. Сейчас процесс работает только при температурах, всего на миллионную долю градуса выше абсолютного нуля (-273,15 градуса Цельсия, температура, при которой прекращается молекулярная деятельность).

Далее ученые будут искать другие способы принуждения других взаимодействий, таких как отталкивание (тут уже и световые мечи не за горами).