Επιστήμονες συνδύασαν φως και ύλη για να δημιουργήσουν σωματίδια τα οποία συμπεριφέρονται με ένα πρωτόγνωρο τρόπο.
Κάθε τύπος ατόμου στο Σύμπαν έχει ένα μοναδικό αποτύπωμα: απορροφά μόνο ή εκπέμπει φως στις συγκεκριμένες ενέργειες οι οποίες ταιριάζουν με τις επιτρεπόμενες τροχιές των ηλεκτρονίων του. Το χαρακτηριστικό αυτό δακτυλικό αποτύπωμα θα λέγαμε, επιτρέπει στους επιστήμονες να αναγνωρίζουν ένα άτομο όπου και αν αυτό βρίσκεται. Ένα άτομο Υδρογόνου στο διάστημα απορροφά φως με τις ίδιες ενέργειες με ένα ίδιο άτομο Υδρογόνου εδώ στη Γη.
Ενώ οι φυσικοί έχουν μάθει πώς ηλεκτρικά και μαγνητικά πεδία μπορούν να διαχειριστούν το "δακτυλικό" αυτό αποτύπωμα, ο αριθμός των χαρακτηριστικών τα οποία το δημιουργούν συνήθως παραμένει σταθερός. Σε μια εργασία η οποία δημοσιεύθηκε στις 3 Ιουλίου στο περιοδικό Nature, ερευνητές από το Πανεπιστήμιο του Σικάγο έλαβαν σαν πρόκληση αυτό το παράδειγμα (paradigm) και ανακινώντας ηλεκτρόνια με λέιζερ κατάφεραν να δημιουργήσουν χαρακτηριστικά "σωσία" (doppelganger features) σε νέες ενέργειες - μια ανακάλυψη που επιτρέπει στους επιστήμονες να δημιουργούν υβριδικά σωματίδια τα οποία είναι μερικώς άτομα και μερικώς φως, με μια μεγάλη ποικιλία νέων συμπεριφορών.
Η έρευνα αποτελεί μέρος μιας μεγαλύτερης προσπάθειας στο συνεργατικό εργαστήριο του καθηγητή Jonathan Simon έτσι ώστε να "σπάσουν" οι τοίχοι ανάμεσα στην ύλη και το φως, προκειμένου να ερευνηθούν οι θεμελιώδεις ιδιότητές τους. Εκτός από την εκμάθηση σχετικά με το πώς συμπεριφέρονται τα υλικά σε κβαντικό επίπεδο, το έργο αυτό θα μπορούσε κάποια μέρα να βοηθήσει στη δημιουργία ισχυρότερων υπολογιστών ή ουσιαστικά κβαντικές επικοινωνίες χωρίς τον εφιάλτη των Χάκερς.
Ένα βήμα κοντά στο να δημιουργήσουμε ύλη από το φως είναι να κάνουμε μεμονωμένα πακέτα φωτός, τα οποία ονομάζονται φωτόνια, να αλληλεπιδρούν μεταξύ τους όπως κάνει η ύλη. (Φυσιολογικά τα φωτόνια ταξιδεύουν με την ταχύτητα του φωτός, και δεν αντιδρούν καθόλου μεταξύ τους.)
"Για να γίνει εφικτό τα φωτόνια να συγκρούονται μεταξύ τους, χρησιμοποιούμε τα άτομα ως ένα μεσολαβητή", δήλωσε ο μεταδιδακτορικός ερευνητής Logan Clark, ο οποίος ηγήθηκε της έρευνας. "Αλλά αντιμετωπίσαμε πρόβλημα επειδή τα φωτόνια αλληλεπιδρούν μόνο με άτομα των οποίων οι τροχιές των ηλεκτρονίων βρίσκονται σε πολύ ιδιαίτερες ενέργειες. Έτσι αναρωτηθήκαμε: Τι γίνεται αν μπορούσαμε να φτιάξουμε αντίγραφα των τροχιών σε οποιεσδήποτε ενέργειες θέλαμε;"
Ο Clark είχε ήδη αναπτύξει τεχνικές για να χειριστεί την κβαντική ύλη με το να τη ταρακουνήσει - καλείται Floquet engineering - ως μέρος της διδακτορικής του εργασίας. Το σωστό είδος ανάδευσης δημιουργεί φυσικά αντίγραφα κβαντικών καταστάσεων σε πολλαπλές ενέργειες. "Είχαμε πάντα δει τα αντίγραφα ως παρενέργεια και όχι ως στόχο", δήλωσε, "αλλά αυτή τη φορά, ταρακουνήσαμε τα ηλεκτρόνια μας με την συγκεκριμένη πρόθεση να δημιουργήσουμε τα αντίγραφα".
Μεταβάλλοντας την ένταση ενός πεδίου λέιζερ συντονισμένου με ακρίβεια σε έναν ατομικό συντονισμό, η ομάδα ήταν σε θέση να μετατοπίσει τις τροχιές ενός ηλεκτρονίου. Η ανακίνηση των ηλεκτρονίων που βρίσκονται σε τροχιές με την περιοδική μεταβολή αυτής της έντασης παρήγαγε τα επιθυμητά αντίγραφα.
Αλλά οι σωσίες αυτοί έθεσαν μια σημαντική υπόθεση : "Ενώ το ατομικό τροχιακό αντικείμενο εμφανίζεται σε πολλαπλές διαφορετικές ενέργειες, είναι σημαντικό να σημειωθεί ότι αυτά τα αντίγραφα είναι στην πραγματικότητα δεσμευμένα στο πρότυπο όπως οι μαριονέτες που αναρτώνται από νήματα", εξήγησε ο μεταδιδακτορικός ερευνητής Nathan Schine, ένας συν-συγγραφέας στη μελέτη. "Όταν μετατοπίζεται οποιοδήποτε από τα αντίγραφα, το πρωτότυπο και όλα τα άλλα αντίγραφα μετατοπίζονται μαζί του."
Επιτρέποντας στα φωτόνια να αλληλεπιδράσουν με αυτά τα "ταρακουνημένα" άτομα, η ομάδα δημιούργησε αυτό που αποκαλούν "Floquet polaritons" - ημι-σωματίδια τα οποία είναι μερικώς φως και μερικώς άτομα, και σε αντίθεση με τα κανονικά φωτόνια, αλληλεπιδρούν μεταξύ τους αρκετά δυνατά. Οι αλληλεπιδράσεις αυτές είναι απαραίτητες για να δημιουργηθεί ύλη από φως. Δημιουργώντας polaritons με ταρακουνημένα άτομα μπορούν να προσδώσουν στα polaritons δυνάμεις πολύ μεγαλύτερης ευελιξίας έτσι ώστε να κινηθούν και να συγκρουστούν μεταξύ τους με νέους τρόπους.
"Τα Floquet polaritons είναι γεμάτα εκπλήξεις, τις οποίες συνεχίζουμε να κατανοούμε καλύτερα", δήλωσε ο Clark. "Η επόμενη μας δουλειά, όμως, είναι να χρησιμοποιήσουμε αυτά τα συγκρουόμενα φωτόνια για να φτιάξουμε τα τοπολογικά ¨ρευστά¨ του φωτός. Είναι μια εξαιρετικά συναρπαστική περίοδος".
Η δυνατότητα να υπάρχουν αντίγραφα μιας ατομικής κατάστασης σε πολλαπλές ενέργειες προσφέρει επίσης συναρπαστικές δυνατότητες για τη μετατροπή των οπτικών συχνοτήτων-ένα βασικό εργαλείο για τη δημιουργία ασφαλών κβαντικών μεθόδων επικοινωνίας.
"Αποδεικνύεται ότι τα ταρακουνήματα δεν είναι μόνο πολύ διασκεδαστικά, αλλά μπορούν να οδηγήσουν σε κάποια πραγματικά συναρπαστική επιστήμη", δήλωσε ο Clark.
Από την Louise Lerner, Πανεπιστήμιο του Σικάγο
……………….*………………..
Ενημερωθείτε για θέματα Αστρονομίας και Επιστήμης στις ομάδες μας στο
Facebook:
Και στο blog: Αστρονομία και Επιστήμη
Πηγές υπάρχουν επίσης και στις παραπομπές του κειμένου (οι λέξεις με τα
μπλε ή κόκκινα γράμματα)
Απόδοση στα Ελληνικά : Δημήτρης Γκίκας.
Για διορθώσεις
μετάφρασης ως προς το πρότυπο κείμενο, απορίες, ή συμπληρώματα, γράψτε
μας: gikasd63@hotmail.com η αφήστε μήνυμα inbox στη
Σελίδα:
Επίσης εάν θέλετε να δημοσιευτεί στο μπλόγκ μας κάποια δική σας εργασία,
άρθρο, ή Paper σχετικά με την επιστήμη, αποστείλατε τα άρθρα αυτά συνοδευόμενα
απαραίτητα από τη σχετική βιβλιογραφία, και την σχετική έντυπη
άδεια σας για δημοσίευση στο μπλόγκ μας, στη
διεύθυνση: gikasd63@hotmail.com . Η δημοσίευση είναι εντελώς
δωρεάν.
Εάν, κατά την άποψή σας, υπάρχουν επιστημονικά λάθη στο πρότυπο κείμενο η
ομάδα μας δεν μπορεί να παρέμβει και να το αλλάξει χωρίς την συναίνεση του
αρθρογράφου. Για οποιαδήποτε τέτοια αλλαγή επικοινωνήστε με την πηγή του
άρθρου.
Το κείμενο υπόκειται σε επικαιροποίηση αν υπάρξουν έγκυρες διορθώσεις
ή νέα στοιχεία που αφορούν το θέμα του άρθρου.