Natuurkundigen hebben voor het eerst fotonen laten interageren met paren atomen

De mensheid is op weg naar het wijdverbreide gebruik van technologieën gebaseerd op de kwantumfysica.

Maar om dit te bereiken, moet je eerstmeester in het laten interageren van licht met materie, of, preciezer gezegd, fotonen met atomen. Het baanbrekende vakgebied van de resonator-kwantumelektrodynamica (QED) is tot op zekere hoogte verantwoordelijk voor dergelijke technologieën. Nu wordt het al gebruikt in kwantumnetwerken en kwantuminformatieverwerking. Maar er is nog een lange weg te gaan. De huidige interacties tussen licht en materie zijn beperkt tot afzonderlijke atomen, waardoor het menselijk vermogen wordt beperkt om ze te bestuderen als complexe systemen die betrokken zijn bij kwantumtechnologieën.

In het nieuwe werk gebruikten de onderzoekersFermi-gas (of ideaal Fermi - Dirac-gas). Het is een gas dat bestaat uit deeltjes die voldoen aan de Fermi - Dirac-statistieken, dat wil zeggen dat ze een lage massa en een hoge concentratie hebben. Bijvoorbeeld elektronen in een metaal. "Bij afwezigheid van fotonen kan gas worden geproduceerd in een toestand waarin atomen met elkaar interageren om losjes gekoppelde paren te vormen", legt Jean-Philippe Brantou van de EPFL School of Basic Sciences uit. "Wanneer licht een gas raakt, worden sommige van deze dampen omgezet in chemisch gebonden moleculen, geabsorbeerd door fotonen."

Het sleutelconcept achter het nieuwe effect is:dat het "samenhangend" gebeurt. Dit betekent dat een foton wordt geabsorbeerd om een ​​paar atomen in een molecuul te veranderen, en vervolgens meerdere keren wordt teruggestuurd, enzovoort. "Dit betekent dat het para-fotonensysteem een ​​nieuw type deeltjestoestand vormt, die we "gepaarde polariton-polariton" noemden - legt de wetenschapper uit. "Dit werd mogelijk in een systeem waar fotonen op één plek zijn opgesloten, waar ze sterk moeten interageren met atomen."

Hybride gepaarde polaritonen verwerven enkele eigenschappen van fotonen. Dit betekent dat ze kunnen worden gemeten met optische methoden. Ze verwerven ook enkele eigenschappen van een Fermi-gas, concluderen de wetenschappers.

“Enkele van de zeer complexe eigenschappen van gasworden omgezet in optische eigenschappen die direct kunnen worden gemeten, zelfs zonder het systeem te storen. In de toekomst zal de technologie van pas komen in de kwantumchemie: wetenschappers hebben voor het eerst aangetoond hoe bepaalde chemische reacties coherent kunnen worden geproduceerd met behulp van enkele fotonen.

Lezen Verder

Er is een supercondensator ter grootte van een stofje verschenen: hij is 3000 keer kleiner dan zijn analogen

Tyrannosaurus Rex had neurale sensoren in zijn tanden om prooien te herkennen

Het eeuwenoude mysterie van de bron van kosmische straling in de Melkweg onthuld