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冻结光线

通过利用量子力学,研究人员使光呈现出类似晶体的形态。

作者:Neil Savage
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研究人员通过让光子相互作用并失去能量,从而“冻结”了光,就像水分子失去热量并结冰一样。图片来源:James Raftery 和 Andrew Houck/普林斯顿大学

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光被认为是宇宙中最快的物质,它以如此快的速度穿梭于宇宙中,即使它是可触知的,你可能也无法将其捕捉住。但今年九月,物理学家们报告了一个看似不可能的事情:他们将光冻结成了一种类似晶体的状态。

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光粒子,或光子,通常只与物质相互作用,而不会相互作用。但普林斯顿大学的物理学家 Andrew Houck 及其同事构建了一种设备,该设备有效地让一个光子与另一个光子交换能量,使它们处于类似晶体的状态。该设备大约¼英寸宽,结构简单:两条微小的电线一端由电容器桥接,另一端连接到光子发生器。该团队首先将光子射入电线,同时用双向反射镜阻挡它们的出口,光子表现正常,在电线之间自由来回弹跳。

但是,当 Houck 的团队在未由电容器连接的末端添加一小块超导铝时,他们观察到了一些奇怪的现象。由于量子物理学的特性(支配粒子等物理行为的非直观规则,在最小的尺度上),铝充当了电线中发送的光子之间的信使,每次光子经过时都会赋予它们微妙的变化。

最终,光子的能量水平发生了如此大的变化,以至于从一条电线跳到另一条电线所需的能量比保持静止的能量还要多。当发生这种情况时,光子就像水分子失去热量并结晶成冰一样,冻结在一条电线上。

这种冻结状态——无形且人眼不可见——是光的一种全新的行为。Houck 计划构建一个更大的设备,该设备将包含 200 条电线。这样的系统可能有助于科学家们理解物质在获得或失去质量或能量时的行为。换句话说,冻结光子可以帮助揭示物质世界。

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