برهمکنش فوتون ها برای ایجاد شکل جدید نور

فوتون‌ها ذرات بنیادی تشکیل دهنده نور هستند. این ذرات بدون جرم که با سرعت نور حرکت می‌کنند، با همدیگر برهمکنش نمی‌کنند. اما فیزیکدانان در دانشگاه MIT و‌هاروارد یک شکل جدید نور را ایجاد کرده اند که نشان می‌دهد، گروهی از این فوتون‌ها می‌توانند با همدیگر برهمکنش کرده، سرعتشان کم شده و جرمدار شوند.

این تیم تحقیقاتی ابتدا بر روی ایجاد مولکول‌های فوتونی و تلاش برای برهمکنش دادن دو فوتون، تحقیق می‌کردند. آن ها استدلال کردند که اگر این نوع برهمکنش غیرمنتظره می‌تواند بین دو فوتون رخ دهد، چرا نتواند بین سه فوتون یا تعداد بیشتری اتفاق بیفتد.

برای مثال، ترکیبات مولکولی اکسیژن مانند o2  و o3 (اُزن) وجود دارند اما ترکیب o4 وجود ندارد. حتی برای بعضی مولکول‌ها حتی یک ترکیب سه ذره‌ای هم نمی‌توان ایجاد کرد. پس سوالی که باقی می‌ماند این است که آیا می‌توان فوتون‌های بیشتری به مولکول اضافه کرد تا چیزهای بزگتر و بزرگتری تشکیل شود؟

تیم تحقیق برای یافتن پاسخ، آزمایش‌هایی مشابه نمونه‌های قبلی انجام دادند. ابتدا، آن‌ها یک ابر اتمی از روبیدیم را تا دمای خیلی نزدیک به صفر مطلق سرد کردند که در واقع آن را در مکان خود فریز می‌کند. سپس، یک باریکه خیلی ضعیف لیزر را به میان این ابر اتمی ساکن تاباندند. این باریکه فقط چند فوتون را در یک بازه زمانی ارسال می‌کند که دانشمندان آن‌ها را پس از گسیل شدن از ابر اتمی اندازه گیری می‌کنند.

در حالت عادی، یک جریان تک فوتون در بازه‌های زمانی تصادفی از ابر اتمی خارج خواهد شد اما در این مورد، مشاهده می‌شود که فوتون‌ها در گروه‌های دوتایی و سه تایی گسیل می‌شوند. نه تنها فوتون‌ها از خود جاذبه نشان می‌دهند بلکه جرم‌دار هم می‌شوند (جرمی به اندازه کسری از جرم الکترون که البته برای یک ذره بدون جرم زیاد هم هست). جرم‌دار شدن، باعث کاهش سرعت فوتون‌ها به ۱۰۰۰۰۰ برابر کمتر از سرعت حرکت یک فوتون (سرعت نور) می‌شود.

برهمکنش فوتون ها برای ایجاد شکل جدید نور

چرا فوتون‌ها ناگهان با همدیگر برهمکنش می‌کنند؟ فرضیه تیم تحقیق این است که وقتی فوتون‌ها به اتم‌های روبیدیم ضربه می‌زنند، تشکیل ذراتی به نام پلاریتون می‌دهند. پلاریتون‌ها بخشی نور و بخشی ماده هستند. پلاریتون‌ها جرم دارند و برای همین می‌توانند با پلاریتون‌های دیگر ترکیب شوند. وقتی که پلاریتون‌ها  ابر اتمی را ترک می‌کنند، اتم‌ها جا می‌مانند اما فوتون‌ها در ترکیب با هم باقی می‌مانند.

به دلیل اینکه این فوتون‌ها اساسا درهم‌تنیده هستند، می‌توان در رایانش کوانتومی (quantum computing) از آن ها بهره برد. فوتون‌ها می‌توانند در مسافت‌های طولانی با سرعت خیلی زیاد حرکت کنند و مانند کاربردشان در فیبرهای نوری، برای انتقال اطلاعات مورد استفاده قرار بگیرند.

جذب فقط یکی از روش‌هایی است که فوتون‌ها قادر به برهمکنش از طریق آن هستند و پژوهشگران به دنبال طرح ریزی آزمایش با روش‌های دیگر برهمکنش مانند استفاده از روشی که در آن فوتون‌ها همدیگر را دفع می‌کنند، هستند.

 

1 نظر
  1. […] ساخت ساعت، ابتدا سزیم گرم می‌شود تا اتم‌ها برانگیخته شوند و از لوله‌ای با خلا زیاد عبور کنند. […]

ارسال یک پاسخ

آدرس ایمیل شما منتشر نخواهد شد.