Magie polaritonů: Hybridní kvazičástice umožňují fyzikům čarovat se světlem  
Jak udělat ze světla hmotu? Jednou z možností je donutit fotony, aby mezi sebou interagovaly podobně, jako kvantové částice hmoty. Mohou to zajistit tzv. Floquetovy polaritony, hybridní kvazičástice, které jsou svým způsobem ze světla i ze hmoty a přitom spolu interagují ostošest.
Polaritony umožňují kouzlit se světlem. Kredit: Hullin et al. (2011).
Polaritony umožňují kouzlit se světlem. Kredit: Hullin et al. (2011).

Záření a hmota jsou sice v kvantovém světě osudově propojené, prakticky ale mezi nimi leží mohutné zdi. Fyzici americké University of Chicago se ve svých experimentech snaží zdi mezi zářením a hmotou zbořit, aby mohli zkoumat jejich základní vlastnosti. Důkladné poznání chování záření i hmoty na kvantové úrovni by přitom mělo mít velmi praktické aplikace, jako třeba ve vývoji kvantových počítačů či kvantové komunikace.

 

Logan Clark. Kredit: University of Chicago.
Logan Clark. Kredit: University of Chicago.

Na boření těchto pomyslných zdí mezi zářením a hmotou se podílel i výzkum, který vedl Logan Clark. Použili jednu z možností, jak „přiblížit“ záření hmotě, která spočívá ve zmanipulování fotonů, aby mezi sebou interagovaly, jako to dělají částice hmoty. Za normálních okolností totiž fotony sviští rychlostí světla a nějakými interakcemi se nezabývají.

 

Jak ale donutit fotony, aby mezi sebou interagovaly? Clark a spol. k tomu využili atomy jako prostředníky. Museli ale vyřešit problém s tím, že fotony normálně interagují pouze s atomy, které mají elektronové orbitaly o zcela specifických energiích. Napadlo je, že by mohli vytvořit kopie těchto orbitalů, ale o energiích, jaké by jen chtěli.


Clark již dříve vyvinul nový postup, kterým lze manipulovat hmotu na kvantové úrovni, tzv. Floquetovu techniku (Floquet engineering). Když laserovým paprskem správě „zatřesete“ částicemi hmoty, tak přitom spontánně vzniknou kopie nebo jak badatelé láskyplně říkají „dvojníci“ (doppelgangers) kvantových stavů o různých energiích. Clark a spol. do této doby kvantové dvojníky považovali spíše za vedlejší produkt. Teď je ale mohli skvěle využít.

 

University of Chicago, logo.
University of Chicago, logo.

V experimentu nechali fotony interagovat s takto laserem „roztřesenými“ atomy, čímž vytvořili hybridní kvazičástice, kterým říkají Floquetovy polaritony. Ve fyzice jsou polaritony kvazičástice, které vznikají smísením fotonu s nějakou excitací hmoty. Například excitonové polaritony vznikají spojením viditelného záření s excitonem, čili s vázaným stavem elektronu a kladně nabité díry. No a Floquetovy polaritony, na rozdíl od samotných fotonů, navzájem interagují velmi slušně. Takové interakce jsou přitom klíčem k vytvoření hmoty ze světla.

 

Jak říká Clark, Floquetovy polaritony jsou plné překvapení a zatím jim ještě moc nerozumíme. Clarkův tým se teď zaměří na to, že bude z těchto hybridních kvazičástic vyrábět topologické "kapaliny“ světla. Podle Clarka je jejich magie s polaritony nejen velmi zábavná, ale také může přinést fascinující vědecké objevy. Není důvod mu nevěřit.

Video: Polaritons: light-matter coupling for new technologies


Literatura
University of Chicago 3. 7. 2019, Nature online 3. 7. 2019.

Datum: 05.07.2019
Tisk článku

Související články:

Umožní nová hybridní částice kvantovou kondenzaci při pokojové teplotě?     Autor: Stanislav Mihulka (22.10.2013)
Jak předělat záření na hmotu?     Autor: Stanislav Mihulka (19.05.2014)
Britští vědci spustili experimenty s přeměnou záření na hmotu     Autor: Stanislav Mihulka (23.03.2018)



Diskuze:

:)

Alexandr Kostka,2019-07-06 11:14:46

jakožto rýpavý skeptik se zeptám: A dá se to světlo z hmoty nějak dostat zpátky? Nebo hmota svítí? Protože jen normálně pohltit světlo dovede každá černá barva, ale tím to končí.

Odpovědět


Re: :)

Milan Krnic,2019-07-06 11:52:02

Hlavně to nikde nerozšiřujte. Oheň.

Odpovědět


Re: :)

Richard Pálkováč,2019-07-06 13:33:45

Svetlo dostať z látky/hmoty nikdy nebol problém, zapnite si napríklad lampu.

Odpovědět


Re: Re: :)

Alexandr Kostka,2019-07-06 23:50:45

Jasně, ale já myslel něco jako: dostat z toho to původní světlo, co hmota pohltila. Jinak není problém žádnou hmotu například ohřát na pár tisíc K aby začla svítit..

Odpovědět


Re: Re: Re: :)

Richard Pálkováč,2019-07-07 09:03:11

"Pôvodné svetlo", v zmysle kvantitatívne pôvodné množstvo energie určite áno, ak zanedbáme nutnosť stáleho rastu entropie.

"Pôvodné svetlo", v zmysle pôvodný fotón, určite nie. Fotón je možné detekovať, uvidieť, interagovať, len jediný krát a potom je už naveky po ňom, zostane len prírastok energie nejakej častice s ktorou interagoval. Síce v roku 2012 bola udelená Nobelova cena za fyziku, za objavenie takej metódy zistenia existencie fotónu pomocou Rydbergových atómov a Ramseyovho interferometra, pri ktorej sa tento fotón nezničí, nemyslím, že je to tento prípad (už som tu raz o tom písal, že prečo.)

Odpovědět

Hmmm, že by som sa mýlil ?

Richard Pálkováč,2019-07-05 18:57:56

O v článku spomínanej téme, som pred časom spísal svoje myšlienky, ktoré nie sú až tak optimistické, čo sa týka výroby látky zo žiarenia/svetla, ak by to niekoho zaujímalo: http://riki1.eu/zze.htm

Inak v Oslovom článku je napísané "Jak udělat ze světla hmotu?", čo je asi preklep, lebo hmota je látka aj pole a svetlo je pole, takže svetlo je tiež hmota. Malo tam byť napísané "Jak udělat ze světla látku ?"

Odpovědět


Re: Hmmm, že by som sa mýlil ?

Milan Krnic,2019-07-06 12:01:57

To je schválně, aby to nemátlo šijící čtenáře.

Odpovědět




Pro přispívání do diskuze musíte být přihlášeni












Tento web používá k poskytování služeb, personalizaci reklam a analýze návštěvnosti soubory cookie. Používáním tohoto webu s tím souhlasíte. Další informace