2019-02-25 22:46:01
排斥光子

光粒子通常不会彼此“感觉”,因为它们之间没有相互作用。现在,ETH的研究人员成功地操纵了半导体材料内部的光子,从而使它们相互排斥。

彼此交叉的两束光束不会彼此偏转。这是因为,根据量子物理定律,光粒子或光子之间没有相互作用。因此,在碰撞中,两个光子只是相互穿过而不是相互反弹 - 除非有人以某种方式帮助它们。事实上,研究人员已经尝试了很长一段时间才找到让光子互相“感觉”的技术。希望这将为研究和实际应用带来许多新的可能性。苏黎世ETH量子电子研究所的教授AtaçImamoğlu和他的合作者现在朝着实现强相互作用的光子迈出了重要的一步。他们的研究成果最近发表在科学杂志“自然材料”上。

转变为极化子

“在我们的研究领域,光子学中,强烈相互作用的光子是一种圣杯”,Aymeric Delteil解释说,他是Imamoğlu实验室的博士后工作人员。为了让轻微的粒子相互排斥,他和他的同事们不得不走了一段距离。使用光纤,它们将短激光脉冲发送到光学谐振器中,在光学谐振器内部光被强烈聚焦并最终撞击半导体材料。这种材料(由Imamoğlu在Würzburg和苏格兰圣安德鲁的同事生产)在低温恒温器内冷却 - 这是一种极其强大的冰箱 - 低至零下269摄氏度。在那些低温下,光子可以与材料的电子激发相结合。这种组合导致了所谓的极化子。在材料的另一端,极化子再次成为光子,然后可以离开谐振器。

由于在电子激发之间存在电磁力,因此极化子之间也会发生相互作用。 “我们已经能够在不久前发现这种现象”,Imamoğlu说。 “然而,当时效果非常弱,只有大量极化子之间的相互作用起作用,而不是各个极化子之间的成对排斥。”

相关信号交互

在他们的新实验中,研究人员现在能够证明单个极化子 - 因此间接地,包含在其中的光子 - 可以确实相互作用。这可以从离开谐振器的光子彼此相关的方式推断出来。为了揭示那些所谓的量子相关,人们测量第二个光子在另一个光子之后不久离开谐振器的概率。如果光子通过半导体内部的极化子相互进入,则该概率将小于非相互作用光子的预期。

在极端的情况下甚至应该有一个“光子封锁”,这是Imamoğlu20年前已经假设的效果。半导体中产生极化子的光子然后完全阻止第二光子进入材料并变成极化子本身。 “我们在实现这一目标方面还有一段距离”,Imamoğlu承认,“但与此同时,我们对刚刚发布的结果进行了进一步改进。这意味着我们走在正确的轨道上。” Imamoğlu的长期目标是使光子相互作用如此强烈,以至于它们开始表现得像费米子 - 就像量子粒子一样,换句话说,它们永远不会在同一个地方找到。

对强相互作用极化子的兴趣

首先,Imamoğlu对应用程序不感兴趣。 “这是真正的基础研究,”他说。 “但是,我们希望有一天能够制造出极强相互作用的极化子,以便我们可以利用它们研究量子物理学中难以观察到的新效应。”物理学家对极化子也与其环境接触并与之交换能量的情况特别感兴趣。根据理论物理学家的计算,这种能量交换与极化子之间的相互作用相结合。导致到目前为止只有基本解释的现象。因此,Imamoğlu执行的实验可以帮助更好地理解理论模型。

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