Τεχνολογία «φωτόσπαθων» από επιστήμονες του Χάρβαρντ και του ΜΙΤ

Τεχνολογία «φωτόσπαθων» από επιστήμονες του Χάρβαρντ και του ΜΙΤ

Η σύγκριση με τα διάσημα «φωτόσπαθα» (lightsabers) των ιπποτών Jedi και των Sith του «Πολέμου των Άστρων» του Τζωρτζ Λούκας είναι αναπόφευκτη: επιστήμονες του Χάρβαρντ και του ΜΙΤ κατόρθωσαν να κάνουν φωτόνια να «δεθούν» μεταξύ τους, δημιουργώντας μόρια και παράγοντας έτσι ύλη σε μία κατάσταση η οποία μέχρι πρόσφατα ήταν καθαρά θεωρητική. Το σχετικό paper δημοσιεύθηκε στο Nature, και της έρευνας ηγήθηκαν οι καθηγητές Μιχαήλ Λούκιν (Χάρβαρντ) και Βλάνταν Βούλετιτς (ΜΙΤ). Κατά τον Λούκιν, το εν λόγω επίτευγμα έρχεται σε άμεση αντίθεση με όλα όσα θεωρούνταν δεδομένα εδώ και δεκαετίες σχετικά με τη φύση του φωτός, καθώς τα φωτόνια θεωρούνταν σωματίδια χωρίς μάζα, τα οποία δεν μπορούν να αλληλεπιδράσουν μεταξύ τους.

Ωστόσο, σύμφωνα με δημοσίευμα του PhysOrg, τα «φωτονικά μόρια» συμπεριφέρονται λιγότερο σαν τις γνωστές ακτίνες λέιζερ και περισσότερο σαν τα φωτόσπαθα τα οποία βλέπει κανείς στο διάσημο κινηματογραφικό έπος επιστημονικής φαντασίας του Τζωρτζ Λούκας.

«Οι περισσότερες από τις ιδιότητες του φωτός τις οποίες γνωρίζουμε προκύπτουν από το γεγονός ότι τα φωτόνια δεν έχουν μάζα και δεν αλληλεπιδρούν μεταξύ τους. Αυτό που κάναμε ήταν να δημιουργήσουμε ένα ειδικό μέσο, στο οποίο τα φωτόνια αλληλεπιδρούν με τόση δύναμη, έτσι ώστε να αρχίζουν να συμπεριφέρονται σαν να έχουν μάζα, και να συνδέονται μεταξύ τους, σχηματίζοντας μόρια. Αυτή η κατάσταση φωτονικού δεσμού συζητείται σε θεωρητικό επίπεδο εδώ και καιρό, αλλά μέχρι τώρα δεν είχε παρατηρηθεί» λέει ο Λούκιν, επισημαίνοντας ότι ίσως να μην είναι και τόσο «τραβηγμένος» ο παραλληλισμός με τα φωτόσπαθα του Star Wars, καθώς, όταν αυτά τα φωτόνια αλληλεπιδρούν μεταξύ τους, η «φυσική» που λαμβάνει χώρα είναι παρόμοια με αυτό που βλέπει κάποιος στις διάσημες ταινίες.

Για να επιτευχθεί ωστόσο το συγκεκριμένο αποτέλεσμα, οι ερευνητές δεν είχαν τη δυνατότητα να βασιστούν στη «Δύναμη» του Star Wars, οπότε ακολούθησαν πιο σύνθετες διαδικασίες. Ξεκινώντας, τοποθέτησαν άτομα ρουβιδίου σε έναν θάλαμο κενού, και στη συνέχεια χρησιμοποίησαν λέιζερ για να φτάσουν το νέφος των ατόμων σε θερμοκρασία που έφτανε μερικούς βαθμούς πάνω από το απόλυτο μηδέν. Μετά, χρησιμοποιώντας αδύναμους παλμούς λέιζερ, απέστειλαν μέσα στο νέφος μεμονωμένα φωτόνια.

Η ενέργειά τους διέγειρε άτομα που έβρισκαν στην πορεία τους, με αποτέλεσμα την επιβράδυνση των φωτονίων. Καθώς ένα φωτόνιο κινείται μέσα στο νέφος, η ενέργειά του μεταφέρεται από άτομο σε άτομο, και στο τέλος εξέρχεται μαζί με το φωτόνιο, το οποίο παράλληλα διατηρεί τον «χαρακτήρα» και τις ιδιότητές του. Ωστόσο, όταν δοκιμάστηκε η «εκτόξευση» δύο φωτονίων μαζί μέσα στο νέφος, οι ερευνητές τα είδαν να βγαίνουν μαζί, ως ένα σωματίδιο, εξαιτίας του φαινομένου «Rydberg blockade».

Όσον αφορά στις πιθανές πρακτικές εφαρμογές του εν λόγω επιτεύγματος, ο Λούκιν αναφέρει πως τα φωτόνια αποτελούν το καλύτερο μέσον μεταφοράς κβαντικών δεδομένων, ωστόσο υπήρχε το πρόβλημα ότι δεν αλληλεπιδρούσαν μεταξύ τους. Η συγκεκριμένη ανακάλυψη ενδεχομένως να ανοίξει νέους ορίζοντες στην έρευνα πάνω στους κβαντικούς υπολογιστές, ή να φανεί χρήσιμη ακόμη και στα σημερινά, συμβατικά υπολογιστικά συστήματα. Επίσης, το όλο σύστημα ίσως να μπορούσε να χρησιμοποιηθεί και για τη δημιουργία σύνθετων τρισδιάστατων δομών (κρυστάλλων) εξολοκλήρου από φως.

«Δεν ξέρουμε ακριβώς σε τι θα είναι χρήσιμο ακόμα, αλλά πρόκειται για μια νέα κατάσταση ύλης, οπότε ελπίζουμε ότι νέες εφαρμογές θα κάνουν την εμφάνισή τους καθώς συνεχίζουμε να ερευνούμε τις ιδιότητες αυτών των φωτονικών μορίων» καταλήγει ο Λούκιν.

Πηγή