Uspješno izoliran pojedinačni foton a da pritom nije uništen

(Credit: Wikimedia)

(Credit: Wikimedia)

Znanstvenici su osmislili prvi instrument koji je svjedočio kretanju čestice svjetlosti, a da je nije uništio.

Fizičari su po prvi put uspjeli vidjeti česticu svjetlosti i neoštećenu ju pustiti dalje. Taj podvig moguć je zahvaljujući novoj tehnologiji koja po prvi put izdvaja optičke fotone bez da ih uništi. Ova tehnologija s vremenom bi mogla ponuditi precizno izdvajanje fotona, unaprijeđujući time kvantnu komunikaciju.

Mnogo dostupnih, komercijalnih instrumenata mogu identificirati pojedinačne čestice svjetlosti, no ovaj instrument apsorbira foton i koristi energiju kako bi proizveo zvučni znak pri izdvajanju fotona.

Kvantni fizičar Stephen Ritter i njegovi kolege na Institutu za kvantnu optiku Max Planck željeli su udovoljiti zahtjevu iz 2004. godine o pronalaženju nedestruktivnog načina izdvajanja fotona. Umjesto da zarobi foton, ovaj instrument prepoznaje njegovu prisutnost, u skladu s ekscentričnim carstvom kvantne mehanike u kojem čestice mogu postojati u više stanja i u kojem mogu lutati na više mjesta istovremeno.

Ritter i njegov tim eksperiment su započeli s parom jako reflektirajućih zrcala koja su međusobno razdvojena pola milimetra. Potom su smjestili jedan atom rubidija u tu šupljinu u funkciji zaštitara. Odabrali su rubidij jer on može preuzeti dva različita identiteta, ovisno o raspodjeli svojih elektrona. U jednom stanju pretvara se u stopostotno učinkovitog stražara, spriječivši ulazak fotona u šupljinu između zrcala. U drugom stanju potpuno je beskoristan, što fotoni koriste i ulaze u šupljinu. Kad se fotoni nađu u toj šupljini, odbiju se otprilike 20.000 puta od zrcala prije nego što izađu iz te šupljine.

Trik je u manipuliranju rubidijem tako da dođe do stanja tzv. kvantne superpozicije između svoja dva stanja/identiteta, što omogućuje jednom atomu da bude štreber i lijenčina istovremeno. Prema tome, svaki foton ponaša se u skladu sa svojim stanjima istovremeno, neprimjetno klizi u tu šupljinu, zaustavlja se na ulazu u šupljinu i zrcalo ga reflektira dalje. Svaki put je to osjetljivo stanje rubidija skrenuo foton. Ako se stanja atoma rubidija razlikuju, istraživači su znali da je atom susreo foton.

Kako bi potvrdili svoje rezultate, istraživači su smjestili konvencionalne detektore izvan aparata kako bi uhvatili foton nakon njegovog susreta s atomom rubidija i cijeli eksperiment objavili su u časopisu Science.

„To je zapravo poprilično zanimljiv eksperiment“, kaže Alan Migdall, koji vodi tim kvantnih optičara kod Nacionalnog instituta za standarde i tehnologiju u Gaithersburgu. No, upozorava da identificiranje fotona bez da ih se uništi ne znači da je foton na izlasku iz šupljine isti kao prije ulaska u tu šupljinu, prije otkrivanja. Ritter ističe da se atomi rubidija uglavnom nisu promijenili, no priznaje da njegov tim treba provesti mnoge eksperimente i mjerenja kako bi potvrdili tu hipotezu.

Ritter primjećuje da ne postoji takav detektor fotona koji je savršen, kao i njegov tim jer su propustili u otkrivanju četvrtine dolazećih fotona, te je apsorbirao trećinu. Ritter predviđa planiranje i projektiranje naprednih detektora koji bi, sve dok ne apsorbira fotone, skoro zagarantirano prebrojio sve fotone. U konačnici, ovo bi moglo unaprijediti struke poput medicine i molekularne biologije, u kojima znanstvenici traže precizno snimanje objekta u slabim svjetlosnim uvjetima.

Izvor: ScienceNews

Izvor: http://znanost.geek.hr/clanak/uspjesno-izoliran-pojedinacni-foton-da-pritom-nije-unisten/#ixzz2m2NxeJA5

Leave a Comment