Tạo thành công ‘phân tử ánh sáng’ gồm ba photon

Các nhà vật lí ở Mĩ vừa tạo ra được ‘phân tử ánh sáng’ cấu tạo bởi ba photon. Các bộ ba photon được tạo ra bằng cách chiếu ánh sáng laser vào một chất khí nguyên tử và các nhà nghiên cứu tin rằng kĩ thuật của họ có thể hữu ích trong việc tạo ra các photon vướng víu dùng cho các hệ thông tin lượng tử.

Vũ trụ có nhiều gã khổng lồ hơn chúng ta nghĩ

Làm thế nào máy bay có thể bay trên bầu trời?

Những thói quen khiến bạn bị trĩ không sớm thì muộn

Thông thường các photon không tương tác với nhau và, do đó, sẽ không liên kết với nhau thành những cấu trúc kiểu phân tử Nhưng vào năm 2013 Mikhail Lukin tại Đại học Harvard và Vladan Vuletic tại Viện Công nghệ Massachusetts đã thu được các cặp photon kết dính với nhau bằng cách chiếu một chùm laser yếu qua một chất khí nguyên tử cực lạnh. Nay họ lặp lại thành tựu ấy với ba photon. 

‘Phân tử’ ba photon đã được tạo ra bởi các nhà vật lí ở Mĩ. (Ảnh: iStock)

Kĩ thuật của họ liên quan đến hiện tượng ánh sáng tạo ra một “polariton Rydberg” trong chất khí nguyên tử. Đây là một trạng thái tập thể giống-hạt trong đó các electron bị kích thích cao được chia sẻ bởi một số nguyên tử. Polariton này truyền qua chất khí giống như một photon chuyển động chậm với khối lượng khác-không. Khi nó đi tới rìa bên kia của chất khí, polariton biến đổi trở lại thành ánh sáng

Sự có mặt của một polariton Rydberg ngăn cản các photon lân cận tạo ra các kích thích riêng của chúng – một hiện tượng được gọi là sự phong tỏa Rydberg. Thay vào đó, và dưới những điều kiện nhất định, chiết suất của chất khí ở gần polariton Rydberg bị biến đổi sao cho các photon khác sẽ kết chùm với polariton. Đây thực sự là một tương tác hút giữa các photon tạo ra các phân tử ánh sáng.

Trong thí nghiệm mới nhất này, đội của Vuletić và Lukin quan sát thấy các cặp đôi lẫn bộ ba photon xuất hiện từ chất khí nguyên tử, thay cho sự phát xạ ngẫu nhiên các photon độc thân sẽ xảy ra nếu các phân tử không hình thành. Họ còn đo được pha của các cặp đôi và bộ ba photon và tìm thấy pha này phù hợp với một tương tác hút. Thật vậy, các phép đo pha cho thấy các bộ ba photon liên kết với nhau chặt chẽ so với các cặp đôi photon.

Ngoài ra, các photon trong các phân tử bị vướng víu cao độ, một tính chất rất hữu ích cho việc tạo ra các hệ dùng để phân phối thông tin lượng tử.

Đội nghiên cứu hiện đang khảo sát cách tạo ra tương tác đẩy giữa các photon. Theo Vuletic, cách này có thể dùng để tạo ra các mạng tinh thể ánh sáng.

Nghiên cứu công bố trên tạp chí Science.

Nguồn: physicsworld.com