Los científicos de la Universidad de Bath en el Reino Unido han encontrado una manera de unir dos fotones de diferentes colores, allanando el camino para avances importantes en la electrodinámica cuántica, el campo de la ciencia que describe cómo interactúan la luz y la materia. A tiempo, Es probable que los hallazgos del equipo afecten los desarrollos en la comunicación óptica y cuántica, y mediciones precisas de frecuencia, tiempo y distancias.

Apple y wave:ambos tienen masa

Una manzana que cae de un árbol tiene velocidad y masa, que juntos le dan impulso. La 'energía de la manzana' derivada del movimiento depende del impulso y la masa de la fruta.

La mayoría de la gente encuentra que el concepto de momento y energía (y por lo tanto masa) es fácil de comprender cuando está asociado con objetos sólidos. Pero la idea de que los objetos no materiales, como ondas de luz (todo, desde la luz solar hasta la radiación láser), También tener una masa es sorprendente para muchos. Entre los físicos, sin embargo, es un hecho bien conocido. Esta idea aparentemente paradójica de que las ondas tienen masa marca el lugar donde la física cuántica y el mundo físico se unen.

La dualidad onda-partícula, propuesto por el físico francés Louis de Broglie en 1924, es un concepto poderoso que describe cómo cada partícula o entidad cuántica puede describirse como una partícula o una onda. Se han descubierto muchas de las llamadas cuasipartículas que combinan dos tipos diferentes de partículas de materia, u ondas de luz unidas a una partícula de materia. Una lista de cuasipartículas exóticas incluye fonones, plasmones, magnones y polaritones.

El equipo de físicos de Bath ha informado ahora de una forma de crear cuasipartículas que unen dos partículas de luz de diferentes colores. Han llamado a estas formaciones fotón-fotón polaritones.

Detección de polaritones fotón-fotón

La oportunidad de descubrir, y manipular, fotones-fotones es posible gracias al desarrollo relativamente nuevo de microrresonadores de alta calidad. Por la luz, los microrresonadores actúan como pistas de carreras en miniatura, con fotones que se cierran alrededor de la estructura interna en bucles. La firma que dejan los fotones-fotones en la luz que sale del microrresonador se puede vincular al efecto Autler-Townes, un fenómeno peculiar en la teoría cuántica que describe fuertes interacciones fotón-átomo. Para lograr este efecto en microrresonadores, un láser está sintonizado a la frecuencia de resonancia específica donde se espera que un fotón sea absorbido, sin embargo, no ocurre ninguna absorción de resonancia. En lugar de, la interacción fotón-fotón forma dos nuevas frecuencias de resonancia alejadas de la anterior.

Una característica importante que ha surgido de la investigación de Bath es que el microrresonador proporcionó un conjunto completo de resonancias divididas, donde cada par fotón-fotón mostró su propio impulso y energía, permitiendo a los investigadores aplicar el concepto de cuasipartículas y calcular la masa. Según las predicciones de los investigadores, fotones-fotones son 1, 000+ veces más ligero que los electrones.

Profesor Dmitry Skryabin, el físico que dirigió la investigación, dijo:"Ahora tenemos una situación en la que los microrresonadores, que son objetos de escala milimétrica, se comportan como átomos gigantes. El concepto de átomos artificiales está ganando terreno rápidamente en la electrodinámica cuántica de microondas en circuitos superconductores, mientras que aquí estamos viendo una oportunidad similar en el rango óptico de frecuencias.

"La pequeña masa de fotones-fotones podría conducir a nuevos desarrollos de muchas analogías importantes entre la luz y los fluidos, donde ya se han utilizado otras familias de cuasipartículas ".

Doctor. estudiante Vlad Pankratov, quienes participaron en el proyecto, dijo:"Después de un año de ejecutar modelos y recopilar datos, estos son hallazgos increíblemente emocionantes para nosotros. Las aplicaciones potenciales de nuestros resultados se encuentran en los esquemas de comunicación óptica cuántica y terabit, y en el ámbito de las medidas de precisión ".

El artículo "Polaritones fotón-fotón en χ (2) microrresonadores" se publica en Investigación de revisión física .