Впервые наблюдалось взаимодействие света и вещества в двух атомах

Физики из Боннского университета использовали лазерный луч для генерации световых волн от двух атомов цезия. Световые волны отражались обратно от двух параллельных зеркал. Оказалось, что эта экспериментальная установка подавляет усиливающую интерференцию световых волн. По сути, ученые наблюдали за самым фундаментальным сценарием взаимодействия света и вещества в двух атомах.

Физики из Университета Бонна заключили два левитирующих атома цезия в световую клетку для фотонов. Лазерный луч непрерывно облучал два атома, которые рассеивали лазерный свет, подобно взвешенной пыли в солнечном луче. Рассеянные волны интерферировали и отражались обратно на атомы двумя параллельными зеркалами.

«Мы ожидали, что два атома в такой клетке будут вести себя не так, как один атом», - сказал первый автор исследования д-р Рене Райманн (René Reimann). Это совпадает с нашим повседневным опытом: два источника когерентного света производят волны отличные, чем один. Однако обратная связь подавляет конструктивную интерференцию.

Даже в лучшем случае, когда световые волны от двух атомов конструктивно интерферируют, не намного больше фотонов можно насчитать по сравнению со случаем одного атома. «Стало ясно, что зеркала порождают сильную обратную связь, которая препятствует появлению световых волн с большой амплитудой», - отметил проф. Дитер Мешеде (Dieter Meschede).

Тем не менее, минимальные изменения позиции левитирующих атомов цезия в световой клетке могут быть обнаружены с помощью различных изменений в высоте наложенных световых волн. «До сих пор это было невозможно. Теперь это порождает новые идеи и экспериментальные возможности для взаимодействия света и атомов в двухатомной системе», - сказал д-р Рене Райманн. Эти новые возможности могут поддержать перспективные технологии, такие как квантовая память и квантовые сети для телекоммуникаций и вычислений.

До сих пор международные команды ученых наблюдали взаимодействие одного или многих атомов с фотонами в световой клетке. За фундаментальный вклад в эти исследования Серж Арош (Serge Haroche) был удостоен Нобелевской премии по физике в 2012 г. Теперь физикам из Бонна удалось наблюдать взаимодействие ровно двух атомов в световой клетке. «Используя этот эксперимент, можно реализовать наиболее фундаментальные случаи коллективного взаимодействия света и вещества», - сказал проф. Дитер Мешеде.

В лаборатории: доктора Рене Райманн, Тобиас Маха (Tobias Macha) и проф. Дитер Мешеде из Института прикладной физики Боннского университета