Молекула из фотонов

13.10.2013

Впервые удалось соединить фотоны в молекулу - до сих пор даже теоретизирования на эту тему вызывали ожесточенные споры в научной среде. Физики профессор Михаил Лукин из Гарварда и профессор Владан Вулетич из Массачусетского технологического института (MIT) фактически смогли создать новую форму материи из частиц света. Открытие ученых противоречит десятилетиями устоявшемуся общепринятому мнению о природе света. Уже давно считается, что фотоны - это безмассовые частицы, которые не взаимодействуют друг с другом. Проще говоря, два луча света просто проходят сквозь друг друга. Однако, созданные учеными "фотонные молекулы" ведут себя совсем иначе и, теоретически, делают возможными доселе невероятные вещи, например световой меч из "Звездных войн".

"Большая часть свойств света, которые мы знаем, связана с отсутствием массы у фотонов и тем, что они не взаимодействуют друг с другом, - объясняет Михаил Лукин. - Мы создали особый тип среды. В ней фотоны взаимодействуют друг с другом так сильно, что они начинают действовать так, как будто у них есть масса. В результате фотоны связываются вместе, образуя молекулы. Этот тип связанного фотонного состояния довольно долгое время предполагался теоретиками, но до сих пор не наблюдался".

Когда фотоны взаимодействуют, они давят друг на друга и отклоняют друг друга. То есть световой меч джедаев, твердый световой столб, в свете открытия ученых уже не выглядит глупой придумкой фантастов. Чтобы заставить "нормальные" безмассовые фотоны связываться друг с другом, Лукин и его коллеги накачали атомы рубидия в вакуумную камеру, а затем охладили их лазером до температуры в несколько градусов выше абсолютного нуля. После этого с помощью крайне слабых лазерных импульсов в облако атомов рубития послали одиночные фотоны.

Поскольку фотон входит в облако холодных атомов, его энергия возбуждает атомы на своем пути, в результате чего фотон значительно замедляется. Энергия фотона передается от атома к атому и, фотон ее теряет, но в конце концов, он вылетает из облака, оставаясь тем же световым импульсом, что и до входа в облако.

Когда фотон выходит из облака, его идентичность сохранена, как это происходит с лучом света в стакане воды. В случае с атомами рубидия этот процесс немного более экстремальный - свет значительно замедляется и теряет намного больше энергии. Однако ученых удивило другое: фотоны выходили из облака атомов рубидия вместе, как одна молекула. Как эти "молекулы" образуются и почему таких молекул никто до сих пор не видел?

Эффект, благодаря которому фотоны превращаются в особую форму материи, называется блокада Ридберга. Он основан на том, что при возбуждении атома, соседние атомы не могут быть возбуждены в той же степени. На практике это означает, что когда два фотона влетают в облако атомов, первый фотон возбуждает атом и вынужден двигаться вперед, до того, как второй фотон возбудит другой, соседний, атом. Проще говоря, фотоны то тянут, то толкают друг друга, то есть взаимодействуют между собой, как молекулы, хоть и опосредовано (через атомы рубидия). Тем не менее, когда фотоны выходят из облака, они выходят вместе, а не как единичные фотоны.

<< Назад: Мобильная рабочая станция Eurocom Racer 3W 14.10.2013

>> Вперед: Конструктор детей 13.10.2013

Последние новости науки и техники, новинки электроники:

Лабораторная модель прогнозирования землетрясений 30.11.2025

Предсказание землетрясений остается одной из самых сложных задач геофизики. Несмотря на развитие сейсмологии, ученые все еще не могут точно определить момент начала разрушительного движения разломов. Недавние эксперименты американских исследователей открывают новые горизонты: впервые удалось наблюдать микроскопические изменения в контактной зоне разломов, которые предшествуют землетрясению. Группа под руководством Сильвена Барбота обнаружила, что "реальная площадь контакта" - участки, где поверхности разлома действительно соприкасаются - изменяется за миллисекунды до высвобождения накопленной энергии. "Мы открыли окно в сердце механики землетрясений", - отмечает Барбот. Эти изменения позволяют фиксировать этапы зарождения сейсмического события еще до появления традиционных сейсмических волн. Для наблюдений ученые использовали прозрачные акриловые материалы, через которые можно было отслеживать световые изменения в зоне контакта. В ходе искусственного моделирования примерно 30% ко ...>>

Музыка как естественный анальгетик 30.11.2025

Ученые все активнее исследуют немедикаментозные способы облегчения боли. Одним из перспективных направлений становится использование музыки, которая способна воздействовать на эмоциональное состояние и когнитивное восприятие боли. Новое исследование международной группы специалистов демонстрирует, что даже кратковременное прослушивание любимых композиций может значительно снижать болевые ощущения у пациентов с острой болью в спине. В эксперименте участвовали пациенты, обратившиеся за помощью в отделение неотложной помощи с выраженной болью в спине. Им предлагалось на протяжении десяти минут слушать свои любимые музыкальные треки. Уже после этой короткой сессии врачи фиксировали заметное уменьшение интенсивности боли как в состоянии покоя, так и при движениях. Авторы исследования подчеркивают, что музыка не устраняет саму причину боли. Тем не менее, она воздействует на эмоциональный фон пациента, снижает уровень тревожности и отвлекает внимание, что в сумме приводит к субъективном ...>>

Алкоголь может привести к слобоумию 29.11.2025

Проблема влияния алкоголя на стареющий мозг давно вызывает интерес как у врачей, так и у исследователей когнитивного старения. В последние годы стало очевидно, что границы "безопасного" употребления спиртного размываются, и новое крупное исследование, проведенное международной группой ученых, вновь указывает на это. Работы Оксфордского университета, выполненные совместно с исследователями из Йельского и Кембриджского университетов, показывают: даже небольшие дозы алкоголя способны ускорять когнитивный спад. Команда проанализировала данные более чем 500 тысяч участников из британского биобанка и американской Программы миллионов ветеранов. Дополнительно был выполнен метаанализ сорока пяти исследований, в общей сложности включавших сведения о 2,4 миллиона человек. Такой масштаб позволил оценить не только прямую связь между употреблением спиртного и развитием деменции, но и влияние генетической предрасположенности. Один из наиболее тревожных результатов касается людей с повышенным ге ...>>

Искусственный мозговой матрикс 29.11.2025

Биоинженерия стремительно выходит за пределы традиционной работы с клетками и биоматериалами. Ученые пытаются не просто выращивать ткани, но и воссоздавать механизмы, управляющие жизнью клеток в реальном организме. Одним из наиболее амбициозных направлений стала разработка искусственных матриксов, которые могли бы подменить природную среду и дать исследователям возможность изучать работу мозга без участия биологических компонентов. На этом фоне работа специалистов Калифорнийского университета в Риверсайде представляет собой особенно заметный шаг вперед. В центре их исследования - платформа BIPORES, созданная полностью из синтетических веществ. Цель проекта заключалась в попытке смоделировать сложную, многослойную структуру внеклеточного матрикса, который в настоящем мозге обеспечивает питание, связь и организацию нервных клеток. При этом разработчики сознательно отказались от каких-либо белков, традиционно необходимых для прикрепления клеток, таких как ламинин или фибрин. Это решени ...>>

Ранняя Вселенная не была ледяной 28.11.2025

Понимание того, как формировались первые структуры во Вселенной, требует взгляда в эпохи, в которых не существовало ни звезд, ни галактик, ни привычных нам источников света. Научные группы по всему миру пытаются восстановить картину тех времен при помощи слабейших радиосигналов, оставшихся от водорода, который наполнял космос вскоре после Большого взрыва. Новые результаты, полученные на радиотелескопе Murchison Widefield Array в Австралии, неожиданным образом меняют представление об этих ранних этапах. Сразу после Большого взрыва, произошедшего около 13,8 миллиарда лет назад, пространство стремительно расширялось и остывало. Через несколько сотен тысяч лет образовался нейтральный водород, и началась так называемая эпоха тьмы, когда Вселенная была лишена источников излучения. Лишь значительно позже гравитация собрала газ в плотные области, где зародились первые звезды и ранние черные дыры, а их интенсивное излучение привело к реионизации водорода и окончательному появлению света. ...>>

Случайная новость из Архива Оптоволокно, работающее как человеческая нервная система 20.04.2022 Ученые из сингапурского Центра прорывных фотонных технологий и британского Исследовательского центра оптоэлектроники создали действующую оптическую модель нейрона. Для этого они воспользовались особыми свойствами аморфного сплава на основе халькогенидов. По сути, был синтезирован новый вид оптоволокна, способный менять прозрачность. Это дает возможность обеспечить условия распространения оптических сигналов, сходные с теми, которые существуют в человеческом мозге. Воспользовавшись этим свойством, исследователи добились функциональности, повторяющей механизм распространения сигналов в аксонах и синапсах, тем самым доказав, что оптические аналоги нейронов могут демонстрировать функциональность, аналогичную работе мозга человека. Оптоволокно для эксперимента было изготовлено из аморфного стекла, представляющего собой сплав сульфида галлия и оксида лантана. Для эмуляции функций химического синапса волокно поочередно облучается сбоку светом с разной длиной волны, вызывая так называемый фотонный синапс. В результате ученым удалось воспроизвести механизм химического распространения сигнала в нейронах. В своей работе исследователи из Сингапура продемонстрировали ряд оптических аналогов функций мозга. Среди них - удержание состояния покоя и моделирование изменений электрической активности в нервной клетке при ее стимуляции. Данное исследование может способствовать увеличению скорости и эффективности традиционных компьютерных систем. С появлением в новых версиях компьютеров механизмов адаптации и обучения, они смогут обрабатывать огромные объемы данных с намного меньшими затратами энергии. Современные компьютеры, моделирующие работу нервных клеток, на 6-9 порядков менее эффективны по сравнению с биологическими системами. Для примера, моделирование пятисекундной работы мозга занимает 500 секунд машинного времени и требует 1,4 мегаватта энергии.

Смотрите полный Архив новостей науки и техники, новинок электроники

www.diagram.com.ua
2000-2025