@ 2015.09.14 , 17:00

新物质形态:NIST用光子组建出了光分子

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美国国家标准技术局(NIST)的科学家们称他们已经创造出了世界上第一个用光制造的分子。他们的工作建立在以前对所谓的“光子”物质的研究基础上,从较简单的形式进展到现在这些新的多部分结构上。他们说这是一种以前只存在于理论上的新的物质形态,他们认为这可能是一种新形式的光基技术的基础。

光学研究最重要的原则之一是光的单位光子是没有质量的,并且他们也不会相互作用。要创建一个类似光物质的东西,我们需要能使光子长时间可靠地相互作用,而这是被经典思想认为不可能的。

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激光通信是越来越多重要通信线路的基础。

2013年,来自NIST的多名同一组研究者们设法通过直接层层重叠制造出了单一重叠光子结构。两个光子被发射到密封腔中的一团超冷铷原子云中,导致光子将它们携带能量的很大一部分贡献给周围的冷原子,从而显著放慢速度。当第二个光子进入被第一个光子激发的云团时,它赶上第一个,并开始相互作用。

重要的是,光子仅通过铷介质中的原子云相互作用——每个光子影响云,云再影响其它光子,然后再影响云,依此反复。这引发一个推拉机制,导致了两个光子作为一体离开云,而更重要的是,它们还保持着一体。它们完全重叠,移动和行为都是作为单一的累加单位。

当时研究人员们说,这和星球大战光剑格斗的物理学并无二致,其中两个光源能在物理上互相排斥。其实这个比喻并没有多大意义,但它确实阐明了光束物理相互作用的基本观点,这在以前是被认为不可能的。但该过程中仍然需要大量设备和“极低”的温度,而不只是一把内置水晶的自制剑柄。

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Credit : NIST.

本周的研究通过制造双光子的“分子”使这一概念更进一步,它们并不是完全重叠,而是像正常物质分子中的原子一样协调一致地移动。双光子结构产生自光子发射过程中的轻微变化,在发射和行进中相互保持稳定距离。

这对技术可能会有巨大影响。从光纤通信到全球尺度图像捕获,我们许多最敏感的技术是基于光的。以这种方式控制光子行为的能力,如果能够变得足够容易,可以让每个光脉冲携带不止是简单的开或关信息——一个多光子结构的总体状态能作为信号,而且谁又知道它们能够携带多少种不同的状态?

过多地谈论可能的应用还为时过早,但这是关于光的性质的基本研究线索的一部分,如果继续下去,它可以改变我们和光子的整个关系。

本文译自 ExtremeTech,由译者 王丢兜 基于创作共用协议(BY-NC)发布。


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