Взаимодействие фотонов с парами атомов

25.08.2021

Ученые из Федеральной политехнической школы Лозанны (EPFL) впервые заставили фотоны взаимодействовать с парами атомов. Этот прорыв важен для области квантовой электродинамики резонаторов (КЭД), передовой области, которая лежит в основе квантовых технологий.

Человечество двигается на пути к повсеместному использованию технологий основанных на квантовой физике. Но, чтобы достичь этого, сначала необходимо овладеть заставить свет взаимодействовать с материей - или, говоря точнее, фотоны с атомами. В некоторой степени за такие технологии отвечает передовая область квантовой электродинамики резонатора (КЭД). Сейчас она уже используется в квантовых сетях и квантовой обработке информации. Но предстоит еще долгий путь. Современные взаимодействия света и вещества ограничиваются отдельными атомами , что ограничивает способность человека изучать их в виде сложных систем, задействованных в квантовых технологиях.

В новой работе исследователи использовали Ферми-газ (или идеальный газ Ферми - Дирака). Это газ, состоящий из частиц, удовлетворяющих статистике Ферми - Дирака, то есть имеют малую массу и высокую концентрацию. Например, электроны в металле. "В отсутствие фотонов газ можно получить в состоянии, когда атомы взаимодействуют друг с другом, образуя слабосвязанные пары - объясняет Жан-Филипп Бранту из Школы фундаментальных наук EPFL. - Когда свет попадает в газ, некоторые из этих пар превращаются в химически связанные молекулы, поглощаясь фотонами".

Ключевой концепцией нового эффекта является то, что он происходит "когерентно". Это значит, что фотон поглощается, чтобы превратить пару атомов в молекулу, затем испускается обратно и так несколько раз. Система пара-фотон образует новый тип состояния частицы, которые называют парными поляритон-поляритонными. Это стало возможным системе, где фотоны заключены в одном месте, где им приходится сильно взаимодействовать с атомами.

Гибридные парные поляритоны приобретают некоторые свойства фотонов. Это значит, что их можно измерить оптическими методами. Они также приобретают некоторые свойства Ферми-газа.

В будущем технология пригодится в квантовой химии: ученые впервые продемонстрировали, как некоторые химические реакции можно когерентно произвести с использованием одиночных фотонов.

<< Назад: Наём роботов вместо людей 25.08.2021

>> Вперед: Ультракомпактные источники питания TRACO TMPS 24.08.2021

Последние новости науки и техники, новинки электроники:

Кислотность океана разрушает зубы акул 03.10.2025

Мировые океаны выполняют важнейшую функцию - они поглощают около трети углекислого газа, выбрасываемого в атмосферу. Это помогает замедлять темпы глобального потепления, но имеет и обратную сторону. Растворяясь в воде, CO2 образует угольную кислоту, которая повышает концентрацию водородных ионов и приводит к снижению pH. Вода становится более кислой, а последствия этого процесса уже заметны для морских экосистем. Средний показатель кислотности океана сейчас равен примерно 8,1, тогда как еще недавно за условную норму брали значение 8,2. По прогнозам, к 2300 году уровень может упасть до 7,3 - это сделает океан почти в десять раз кислее нынешнего состояния. Для обитателей морей подобные изменения означают не просто сдвиг химического равновесия, а реальную угрозу физиологическим процессам, начиная от формирования раковин у моллюсков и заканчивая охотничьим поведением акул. Чтобы выяснить, как именно кислотная среда отражается на зубах акул, группа немецких исследователей провела эксп ...>>

Почтовый космический корабль Arc 03.10.2025

Космические технологии становятся частью инфраструктуры, способной повлиять на логистику, медицину и даже военную сферу. Идея использовать орбиту как глобальный склад для срочных поставок звучала еще недавно как научная фантастика, но стартап Inversion пытается превратить ее в практическое решение. Компания Inversion появилась в начале 2021 года благодаря Джастину Фиаскетти и Остину Бриггсу, которые на тот момент были студентами Бостонского университета. Их замысел состоял в том, чтобы сделать возможной доставку грузов не только через спутниковые сети данных, но и в буквальном смысле - физических предметов. В основе лежит простая мысль: если космос обеспечивает доступ к любой точке Земли, то и грузы должны перемещаться тем же маршрутом. Уже за три года работы команда из 25 специалистов успела построить демонстрационный аппарат "Ray". Его запуск состоялся в рамках миссии SpaceX Transporter-12. Устройство весом 90 килограммов проверяло ключевые технологии Inversion, включая двухком ...>>

Лазерное обогащение урана 02.10.2025

Ядерная энергия остается одним из ключевых источников стабильного электричества, особенно для стран с растущими потребностями в энергоснабжении. Однако обеспечение бесперебойных поставок топлива для атомных станций требует современных технологий обогащения урана, которые одновременно эффективны и безопасны. Американская компания Global Laser Enrichment (GLE) делает значительный шаг в этом направлении, завершив масштабное тестирование лазерной технологии обогащения урана. Демонстрационная программа была проведена на объекте в Уилмингтоне, Северная Каролина. Тестирование технологии SILEX (Separation of Isotopes by Laser EXcitation), разработанной австралийской Silex Systems, стартовало в мае 2025 года и продлится до конца года. В ходе экспериментов компания планирует получить сотни фунтов низкообогащенного урана (LEU), который может быть использован в качестве топлива для атомных электростанций. GLE была создана в 2007 году для коммерциализации лазерных методов обогащения урана в С ...>>

Безлинзовая ИК-система 02.10.2025

Инфракрасные технологии занимают особое место в науке и технике. Они позволяют заглянуть туда, где человеческий глаз бессилен, - в темноту, сквозь дымку или туман, на значительные расстояния. Однако развитие этой области сдерживают дорогие и капризные камеры, требующие охлаждения и сложного обслуживания. Китайские исследователи предложили неожиданный выход: создание безлинзовой системы, которая превращает невидимое инфракрасное излучение в четкие изображения с помощью оптики нового поколения. В основе этой разработки лежит древняя идея "изображения через отверстие", о которой еще в IV веке до нашей эры писал философ Мо-цзы. Современные ученые пошли дальше и вместо физической дырочки сформировали оптическое отверстие прямо в нелинейном кристалле, используя сверхкороткие лазерные импульсы. Такое решение позволяет преобразовывать инфракрасное излучение в видимый свет, который без труда фиксируется обычными кремниевыми сенсорами. Руководитель проекта профессор Хэпинг Цзэн подчеркивае ...>>

Жара вызывает агрессию 01.10.2025

Животный мир чутко реагирует на изменения температуры, и в последние годы ученые все чаще обращают внимание на то, как жара влияет не только на физиологию, но и на поведение живых существ. Рост глобальных температур способен не только изменять экосистемы, но и формировать новые социальные модели у животных. Одним из тревожных проявлений оказывается рост агрессивности, который наблюдается у самых разных видов. В лаборатории Университета Юга в Сьюани, штат Теннеси, экологи наблюдали за чернобрюхими саламандрами Desmognathus amphileucus. Эти небольшие амфибии, обитающие в ручьях Аппалачей, продемонстрировали ярко выраженное территориальное поведение: они пытались кусать соперников и заставлять их покидать занятую территорию. Интересно, что у близкородственных видов - саламандры Окои и тритона - подобных реакций не зафиксировали. Это подчеркивает избирательность явления и его связь с особенностями конкретных организмов. Сходные результаты были получены и в экспериментах с другими вид ...>>

Случайная новость из Архива Головная боль от умственной работы 14.08.2024 Современные исследования показывают, что умственные усилия могут приводить не только к усталости, но и к неприятным ощущениям. Эта тема заинтересовала группу ученых из Университета Радбуда в Нидерландах, которые решили глубже исследовать связь между умственной деятельностью и возникновением негативных эмоций. Старший автор исследования, доктор философии Эрик Биджлевельд, отмечает, что зачастую менеджеры и учителя поощряют сотрудников и студентов к умственным усилиям, предполагая, что это приносит удовольствие. На первый взгляд, это может показаться верным: многие люди активно выбирают сложные интеллектуальные задачи. Однако результаты их исследования показывают, что на самом деле люди не всегда любят такие усилия. Чтобы подтвердить свои выводы, ученые провели масштабный метаанализ, охватив 170 различных исследований с участием 4670 человек. Целью анализа было выяснить, как умственные нагрузки влияют на людей, вызывают ли они неприятные чувства и отличаются ли эти ощущения у разных групп населения. В исследовании приняли участие представители различных профессий из 29 стран. Им было предложено выполнить 358 различных когнитивных задач, таких как изучение новых технологий, ориентация в незнакомой среде, игра в гольф или времяпрепровождение в виртуальной реальности. После выполнения заданий участники оценивали уровень приложенных усилий и интенсивность возникающих при этом неприятных чувств, таких как разочарование, раздражение и стресс. Результаты исследования показали, что умственные усилия могут вызывать неприятные ощущения у людей независимо от их профессии или страны проживания. Это важно учитывать при разработке задач и обучающих программ, подчеркивает доктор Биджлевельд. Инженеры и педагоги должны помнить об этом при создании интерфейсов, материалов и инструкций. Интересным выводом стало то, что неприятные ощущения от умственной нагрузки различаются в зависимости от континента. Участники из азиатских стран, как правило, испытывали меньший уровень негативных эмоций по сравнению с европейскими и североамериканскими группами. Это может быть связано с тем, что в азиатских странах учащиеся проводят больше времени за учебными заданиями, что делает их более устойчивыми к умственным нагрузкам с раннего возраста. Несмотря на дискомфорт, люди все равно часто выбирают сложные задачи. Как пример, доктор Биджлевельд привел игру в шахматы. Хотя эта игра требует значительных умственных усилий, многие с удовольствием играют в нее. Ученый предполагает, что выбор такой деятельности не обязательно означает любовь к умственным нагрузкам - скорее, люди принимаются за сложные задачи, несмотря на дискомфорт, а не из-за него. Эта научная работа подчеркивает важность учета умственной нагрузки при планировании и организации работы и обучения. Хотя интеллектуальная деятельность необходима для личного и профессионального роста, важно понимать, что она может сопровождаться неприятными ощущениями, и принимать это во внимание при разработке образовательных и рабочих программ.

Смотрите полный Архив новостей науки и техники, новинок электроники

www.diagram.com.ua
2000-2025