Grafik: Popular Science Monthly
Når du ser lyset, du kigger på fotoner spyttet ud af en exciteret atom. Men hvad hvis man i stedet for lys, en exciteret atom udgivet en bølge af noget?
Det er, hvad et team af fysikere har gjort—de har skabt et eksperiment, der spytter atomer gennem den samme proces, hvor atomer normalt udsender lys, kaldet “spontan emission.” Så mærkeligt som det kan lyde, de er interesseret i en endnu mere flygtigt fænomen: den mærkelige opførsel med et spørgsmål, som kaldes fotoniske krystaller.
“Det er et nyt system, der er en rig legeplads,” undersøgelsen forfatter Dominik Schneble fra Stony Brook University fortalte Gizmodo. Schneble følte, at det ville være et nyttigt værktøj til at undersøge systemer, der genererer lys—som fotoniske krystaller.
Fotoniske krystaller er former spørgsmål, hvorigennem nogle frekvenser (hovedsagelig farver) lys ikke kan rejse. Disse er stoffer, der findes i naturen, i form af nogle dyr’ farve mønstre, og har masser af anvendelser i skabelsen af high-tech optisk udstyr.
Lys finder på skøre egenskaber, når den er begrænset til disse fotoniske krystaller. De kan opleve en “relativ forfald”, hvor systemet har på en eller anden måde både udsendte og ikke udsendte sit lys på samme tid—dybest set, atomet er i en ophidset quantum state of ophidset og ikke spændt. Og som regel, atomer spytte ud af deres lette ret hurtigt efter de har været glade for. Men i fotoniske krystaller, disse atomer kan forblive glade, uden at spytte ud af deres lys i lang tid, undersøgelse forfatter Ludwig Krinner fra Stony Brook fortalte Gizmodo.
Disse er underlige adfærd, der er svære at forstå, fordi det virkelig er det kun muligt at observere dem via lys, der forlader crystal. Så forskerne skabt et system, der ville udviser den samme adfærd, og vil også give dem mulighed for at observere det hele sker. Deres arbejde er publiceret i Nature.
Ligesom mange fremmed-klingende fysik fremskridt, er denne forskning begynder med et Bose-Einstein kondensat, et system, hvor atomerne er afholdt i ultra-kolde temperaturer. Disse atomer, så udviser den mærkelige adfærd af kvantemekanikken, men på en skala store nok til at blive observeret af andre forskere.
Det nye system, og så den måde, mange Bose-Einstein kondensat eksperimenter look, med lasere fældefangst rubidium atomer. Samspillet af de lasere skabt en lige linje fra den potentielle energi, wells—billede, en enkelt række i et æg karton. De fyldte brønde med koldt rubidium atomer, der kan være i en af de to stater, som de kaldte “rød” og “blå”. “Red” rubidium atomer sidder i væggene af den energi, brønde. Men “blå” dem vil ignorere væggene helt, og flyttede frit ud af laser-pålagt grænser. Tilføjelse af et oscillerende magnetfelt tilladt atomer for at skifte mellem disse to stater.
Fysikerne opnået deres mål, og de brønde, der spontant udsendte en bølge af “blå” rubidium atomer, som et atom spontant udsende fotoner. Dette er kendt som et spørgsmål bølge.
Systemet tog på disse mærkelige egenskaber, der tidligere kun kender til at eksistere i fotoniske krystaller, som brøkdele af forfald.
Disse spørgsmål-wave systemer, der kan give mulighed for fysikere til at studere noget vanskelige at undersøge i fotoniske krystaller, Alejandro González Tudela og J. Ignacio Cirac, fysikere for Max Planck Institute for Quantum Optics i Tyskland ikke var involveret i undersøgelsen, skrev i en kommentar, at de gik til Gizmodo. Få adgang til de regioner i fotoniske krystaller, hvor lyset er genereret og rejser kan være svært. Sagen-bølge lab setup giver en nøjagtig analog til at give forskerne en idé om, hvordan disse fotoniske krystaller arbejde.
Denne forskning kan virke dunkle, men det er spændende for den samme grund, mange andre esoterisk fysik opdagelser er spændende. De er en måde for os til at lære om nogle af de mærkeligste fænomener i universet.
[Naturen]