Physiker ließen erstmals Photonen mit Atompaaren wechselwirken

Die Menschheit bewegt sich in Richtung einer weit verbreiteten Nutzung von Technologien, die auf der Quantenphysik basieren.

Aber um dies zu erreichen, müssen Sie zuerstMeister, der dafür sorgt, dass Licht mit Materie interagiert – oder genauer gesagt, Photonen mit Atomen. Für solche Technologien ist zum Teil das Spitzengebiet der Resonator-Quantenelektrodynamik (QED) verantwortlich. Jetzt wird es bereits in Quantennetzwerken und der Quanteninformationsverarbeitung eingesetzt. Aber es ist noch ein langer Weg. Gegenwärtige Licht-Materie-Wechselwirkungen sind auf einzelne Atome beschränkt, was die Fähigkeit des Menschen einschränkt, sie als komplexe Systeme zu untersuchen, die an Quantentechnologien beteiligt sind.

In der neuen Arbeit verwendeten die ForscherFermi-Gas (oder ideales Fermi - Dirac-Gas). Es ist ein Gas, das aus Partikeln besteht, die die Fermi-Dirac-Statistik erfüllen, dh sie haben eine geringe Masse und eine hohe Konzentration. Zum Beispiel Elektronen in einem Metall. „Ohne Photonen kann Gas in einem Zustand erzeugt werden, in dem Atome miteinander interagieren und lose gekoppelte Paare bilden“, erklärt Jean-Philippe Brantou von der EPFL School of Basic Sciences. "Wenn Licht auf ein Gas trifft, wird ein Teil dieser Dämpfe in chemisch gebundene Moleküle umgewandelt, die von Photonen absorbiert werden."

Das Schlüsselkonzept hinter dem neuen Effekt istdass es "zusammenhängend" passiert. Dies bedeutet, dass ein Photon absorbiert wird, um ein paar Atome in ein Molekül zu verwandeln, dann wieder emittiert wird und so weiter. „Das bedeutet, dass das Para-Photonen-System einen neuartigen Teilchenzustand bildet, den wir „gepaartes Polariton-Polariton“ nennen – erklärt der Wissenschaftler. "Dies wurde in einem System möglich, in dem Photonen an einem Ort eingeschlossen sind, wo sie stark mit Atomen wechselwirken müssen."

Hybrid-gepaarte Polaritonen erwerben einige der Eigenschaften von Photonen. Dies bedeutet, dass sie mit optischen Methoden gemessen werden können. Sie erwerben auch einige der Eigenschaften eines Fermi-Gases, schlussfolgern die Wissenschaftler.

„Einige der sehr komplexen Eigenschaften von Gaswerden in optische Eigenschaften umgewandelt, die direkt gemessen werden können, auch ohne das System zu stören. Künftig wird sich die Technologie in der Quantenchemie als nützlich erweisen: Wissenschaftler haben erstmals gezeigt, wie mit einzelnen Photonen bestimmte chemische Reaktionen kohärent erzeugt werden können.

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