Hmota tvořená fotony, které navzdory svojí pověsti předstírají, že mají hmotnost a které mohou vytvářet fotonické molekuly? Donedávna čistě teoretická záležitost, bláznivina. Jenže teď Vladan Vuletić z MIT a jeho tým vyrobili kvantové nelineární médium, v němž se fotony pohybují jako hmotné částice a navzájem se přitahují.
Udělali to tak, že do vakuové komory napumpovali plyn z atomů rubidia. Rubidiový oblak poté zchladili lasery na teplotu blízkou absolutní nule. Když vytvořili extrémní a kvantově podivné prostředí, tak do něj velice slabými laserovými pulzy stříleli jednotlivé fotony. Jakmile fotony vlétly do oblaku zmražených atomů rubidia, tak jejich energie excitovala okolní atomy a fotony tím pádem dramaticky zpomalily. Uvnitř oblaku pak fotony rozptýleně interagovaly s vysoce excitovanými Rydbergovými atomy, což jsou atomy, jejichž jeden či více elektronů mají velmi vysoké hlavní kvantové číslo a obíhají velmi daleko od jádra a ostatních elektronů dotyčného atomu.
Když Vuletić a spol. vystřelili do oblaku rubidia dva nezávislé fotony, tak vyletěly z oblaku ven spárované do podoby fotonické molekuly. Podle všeho zaúřadovala takzvaná Rydbergova blokáda, která spočívá v tom, že když je jeden atom excitovaný, tak okolní atomy nemohou být excitovány stejným způsobem. V praxi to vypadalo tak, že když vlétla do oblaku atomů rubidia dvojice fotonů, tak první z nich excitoval nějaký atom rubidia a musel se pohnout vpřed, aby druhý z fotonů mohl excitovat nějaký jiný atom rubidia. Dotyčné fotony se vlastně navzájem protlačily skrz kvantové nelineární médium z rubidia a jejich energii si přitom navzájem přihrávaly okolní atomy.
Právě díky interakcím mezi Rydbergovými atomy si k sobě nakonec jinak zcela samotářské fotony našly cestu. A fotonická hmota byla na světě. Autoři otevřeně prohlašují, že tohle dělají pro zábavu a proto aby posouvali hranice lidského poznání. Jejich hrátky ale slibují i pozoruhodné praktické využití. Fotonickou hmotu by bylo možné použít při vývoji fotonických systémů, které uchovávají kvantovou informaci a zpracovávají ji s kvantovými logickými operacemi. Zároveň by ji ale bylo možné využít i v klasické výpočetní technice a zlepšit tak její energetickou úspornost, protože manipulace s fotony je mnohem méně náročná na energii, než když manipulujeme s elektrony.
Vuletić a spol. také naznačují, že by se z fotonické hmoty jednou mohly vytvářet složité trojrozměrné objekty, strukturou připomínající krystaly, které by vlastně byly celé ze světla. Světelné meče z Hvězdných válek to sice ještě nebudou, ale kdo ví, možná jsme teď právě vykročili tím správný směrem. Teď každopádně máme k dispozici novou, doposud nevídanou formu hmotu a můžeme si s ní hrát dle libosti. Možná se brzy objeví ještě divočejší aplikace tohoto pozoruhodného fenoménu.
Literatura
Harvard University News 25. 9. 2013, Nature 502: 71–75, Wikipedia (Photonic molecule, Rydberg atom).
____________________________________________________________________
Poznámka redakce - upozornění na akci našeho autora:
Ústav makromolekulární chemie vás srdečně zve na vědecko – populární přednášku: Je možná hvězdná budoucnost lidstva? aneb povídání o možné kolonizaci vesmíru
Zatím lidstvo kolonizuje Sluneční soustavu či dokonce Galaxii pouze v dílech autorů science fiction. Aby se vize popsané v jejich dílech realizovali i ve skutečnosti, musí se vyřešit zdroje energie pro pohon kosmických plavidel i zajištění životních podmínek. Také však způsob ochrany lidí před vražedným prostředím meziplanetárního a mezihvězdného prostředí. Seminář se pokusí konfrontovat fantastické vize s realitou a posoudit možnosti, které před sebou lidstvo v této oblasti má. Tyto úvahy jsou aktuální i na základě rychlého zvětšování počtu objevených exoplanet, které by mohly být cílem mezihvězdných letů.
Přenášku bude vést Vladímír Wagner z Oddělení jaderné spektroskopie ,Ústav jaderné fyziky AV ČR
Vladímíra Wagnera doře znáte z článků na Oslovi v rubrice Fyzika. Na svém mateřském pracovišti v Řeži se zabývá výzkumem možnosti využití produkce neutronů pomocí tříštění jader protony s velmi vysokou energií a využitím tohoto procesu pro "spalování" jaderného odpadu.
KDE: Ústav Makromolekulárnie chemie AV CR v.v.i., Heyrovského nam. 2, Praha 6 – Břenov, 162 06, posluchárna A, Tram č. 1, zastávka Petřiny.
KDY: 10.10.2013, přednáška začína v 16:30, posluchárna A, vestibul ústavu.
Diskuze:
