Лазерный мир

Физики выяснили, что после столкновения атомов с фотонами высоких энергий может происходить серия квантовых взаимодействий, которые переводят частицы света в состояние, похожее на «кота Шрёдингера». Это позволит создать новые типы мощных квантовых излучателей, пишут ученые в научном журнале Nature Physics.

«Взаимодействия между сверхмощными вспышками света и материей традиционно описываются при помощи языка классической физики, без учета их квантовой природы. Наши опыты показали, что взаимодействия мощных импульсов лазера и атомов ведут к тому, что частицы света переходят в квантовое состояние, похожее на «кота Шрёдингера», – пишут исследователи.

«Кот Шрёдингера» – это «участник» мысленного эксперимента, который был сформулирован в 1935 году Эрвином Шрёдингером. Известный австрийский физик, сомневавшийся в то время в истинности квантовой механики, предложил поместить в закрытый ящик кота и механизм, открывающий емкость с ядом в случае распада радиоактивного атома.

Это событие может произойти в любой произвольный времени, после чего животное погибнет, однако ученые не могут предугадать это и узнать, что кот умер, не открыв ящик. По этой причине, кот будет одновременно и живым, и мертвым, если рассматривать данную ситуацию в соответствии с принципами квантовой физики. Несмотря на скепсис Шрёдингера, справедливость этого утверждения была многократно подтверждена в ходе опытов с различными квантовыми объектами.

Более того, в последние годы физики начали искать методы создания рукотворных «котов Шрёдингера», которых можно было бы увидеть невооруженным глазом. Физики под руководством профессора Барселонского института науки и технологий Мацея Левенштейна создала крайне необычный оптический аналог кота Шрёдингера во время наблюдений за взаимодействиями отдельных атомов и сверхмощных импульсов лазерного излучения.

Новый «кот Шредингера»

Ученых интересовало то, как квантовая природа частиц света будет влиять на то, как будут меняться их свойства при столкновении с электронами, вращающимися вокруг ядра атома. Традиционно, эти взаимодействия просчитываются при помощи законов классической физики, так как в них участвуют миллионы фотонов и большое число атомов и электронов.

Левенштейну и его коллегам удалось подобрать такую методику наблюдений за столкновениями атомов и частиц света, которая позволила им проследить за тем, как меняются поведение и свойства отдельных фотонов под действием квантовых процессов. Как оказалось, их роль во взаимодействиях мощных лучей лазеров и материи сейчас сильно недооценивается.

В частности, эти опыты неожиданно указали на то, что взаимодействия луча лазера и электронов внутри атома приводили к тому, что одиночные фотоны переходили в особое квантовое состояние, в котором они одновременно обладали двумя разными наборами свойств, подобно «коту Шрёдингера».

Это проявлялось в том, что при некоторых замерах они вели себя так же, как и аналогичные частицы света, которые не сталкивались с атомом. В других случаях они вели себя так, как будто яркость всего луча была заметным образом снижена, что является последствием его столкновения с атомами.

Данный феномен, как отмечают исследователи, можно использовать для создания мощных квантовых излучателей, вырабатывающих запутанные частицы света. Кроме того, подобные опыты помогут ученым более детально изучить того, как взаимодействуют друг с другом материя и свет на квантовом уровне, подытожили Левенштейн и его коллеги.

Источник: https://nauka.tass.ru/nauka/12172313