Чрезвычайно холодные атомы могут управлять формой и направлением света, когда они работают вместе, полагаясь на тип физики, предложенный более 400 лет назад, но только теперь доказанный, что это возможно.
Чтобы управлять как электрическими, так и магнитными взаимодействиями между атомами и светом, предыдущие работы должны были полагаться на специально разработанные метаматериалы. Но Янне Руостекоски из Ланкастерского университета в Великобритании и его коллеги показали, что это можно сделать с помощью природных элементов, таких как иттербий или стронций. Они подсчитали, что манипулирование поведением атомов, охлажденных до миллиардной градуса Кельвина выше абсолютного нуля, превращает их в мощный инструмент для формирования света.
При этих температурах атомы движутся чрезвычайно медленно, и ими можно управлять с помощью квантово-механических эффектов, которыми можно пренебречь при более высоких температурах.
Команда использовала лазеры, чтобы возбудить атомы и заставить их двигаться в одно общее движение. Они обнаружили, что когда атомы действуют коллективно, они могут формировать свет и направлять его при помощи электрического и магнитного взаимодействия. Общее поведение позволяет им действовать как совокупность электрических зарядов или очень маленьких магнитов, влияющих на свет.
«В частности, использование магнитных взаимодействий — новый и важный аспект этой работы», — говорит Дэвид Вилковски из Национального университета Сингапура, который не принимал участия в исследовании.
Это исследование также связано с теориями физика Христиана Гюйгенса XVII века. Команда Руостекоски фактически нашла способ построить так называемую поверхность Гюйгенса из ультрахолодных атомов.
Каждая точка — каждый атом — на этой поверхности определяет форму излучаемой волны света, которая проходит через нее, что делает ее инструментом для создания световых волн, которые имеют любые требуемые атрибуты. Эта работа может помочь нам изучить квантовую информацию и потенциально улучшить устройства квантовой памяти за счет использования кооперативного взаимодействия атома и света.
