Grafisk: Popular Science Månedlig
Når du ser lyset, du ser på fotoner spyttet ut av en eksitert atom. Men hva hvis du i stedet av lys, eksiterte atomet utgitt en bølge av saken?
Det er hva et team av fysikere har gjort—de skapte et eksperiment som spytter ut atomer gjennom den samme prosessen som atomer normalt avgir lys, kalt “spontan emisjon.” Så merkelig som det kan høres, de er interessert i en enda mer unnvikende fenomen: den merkelige virkemåten av en sak kalt fotoniske krystaller.
“Det er en roman system som er en rik lekeplass,” studie forfatteren Dominik Schneble fra Stony Brook University (universitet fortalte Gizmodo. Schneble følte det ville være et nyttig verktøy for å studere systemer som genererer lys—som fotoniske krystaller.
Fotoniske krystaller er danner materie som noen frekvenser (i hovedsak farger) av lys kan ikke reise. Dette er stoffer som finnes i naturen i form av noen dyr’ farger mønstre, og har mange bruker i å skape høy-tech optisk utstyr.
Lys tar på sprø egenskaper når du er begrenset til disse fotoniske krystaller. De kan oppleve “fractional forfall,” der systemet har liksom både som slippes ut og ikke slippes ut sitt lys på samme tid—i utgangspunktet atom er i en opphisset quantum staten spent og ikke begeistret. Og vanligvis, atomer spytte ut sitt lys ganske raskt etter at de har vært fornøyde. Men i fotoniske krystaller, disse atomene kan forbli begeistret uten spytter ut sitt lys for en lang tid, studie forfatteren Ludwig Krinner fra Stony Brook fortalte Gizmodo.
Disse er merkelig atferd som er vanskelig å forstå, fordi det er egentlig bare mulig å observere dem via lys som forlater krystall. Så forskerne laget et system som ville vise den samme atferd, og vil også tillate dem å observere det som skjer. Deres arbeid er publisert i Nature.
Som mange merkelige-klingende fysikk fremskritt, er denne forskningen begynner med et Bose-Einstein kondensat, et system der atomene er holdt på ultra-lave temperaturer. De atomer, så viser den merkelige oppførsel av kvantemekanikk, men på en skala store nok til å bli observert av forskere.
Det nye systemet så måte mange Bose-Einstein kondensat eksperimenter utseende, med lasere fangst rubidium atomer. Samspillet av lasere opprettet en rett linje av potensiell energi brønner—bildet en enkelt rad med et egg kartong. De fylte dem med kaldt rubidium atomer som kan være i en av de to statene, som de kalte “rød” og “blå”. “Rød” rubidium atomer fast i vegger av energi brønner. Men “blå” de ville ignorere vegger helt, og beveget seg fritt ut av laser-pålagt grenser. Legge til en oscillerende magnetfelt tillatt atomer for å bytte mellom disse to statene.
Den fysikere oppnådde sitt mål, og brønnene spontant avgitt en bølge av “blå” rubidium atomer, som et atom spontant avgir fotoner. Dette er kjent som et spørsmål bølge.
Systemet tok på disse merkelige egenskaper som tidligere bare er kjent for å eksistere i fotoniske krystaller, som brøk forfall.
Disse spørsmål-bølge systemer kan føre til at fysikere til å studere noe vanskelig å studere i fotoniske krystaller, Alejandro González Tudela og J. Ignacio Cirac, fysikere for Max Planck Institute of Quantum Optics i Tyskland ikke er involvert i studien, skrev i en kommentar at de gikk til Gizmodo. Få tilgang til regionene inne fotoniske krystaller hvor lyset er generert og reiser kan bli vanskelig. Saken-bølge lab-oppsett tilbyr en nøyaktig analog å gi forskere et inntrykk av hvordan disse fotoniske krystaller arbeid.
Denne forskningen kan virke utydelige, men det er spennende for den samme grunnen som mange andre esoteriske fysikk funnene er spennende. De er en måte for oss å lære om noen av de merkeligste fenomener i universet.
[Arten]