’Materie’ av ljuspartiklar
av Ragnhild Artimo Forum 2013-10, sida 36, 31.10.2013
VETENSKAP
Materie av ljuspartiklar
RAGNHILD ARTIMO TEXT Nytt materietillstånd? Vid Harvard-MIT Center For Ultracold Atoms har ett forskarteam under Mikhail Lukin och Vladan Vuletic lyckats få fotoner, ljuspartiklar, att bilda ”ljusmolekyler! Det är ett materietillstånd som hittills inte kunnat påvisas experimentellt, men som är välkänt från sci-fi (exempelvis ljussvärdet). Det uppmärksammade experimentresultatet har publicerats i Nature 25 september. Lukin, centrets ledare, menar att upptäckten vidgar vetenskapens gränser! Fotoniska molekyler —- ”“ljusmolekyler” går stick i stäv med den etablerade kunskapen om fotoners egenskaper. Att ljuspartiklar inte har någon massa eller elektrisk laddning, och att de inte växelverkar med varandra - fotoner varken attraherar eller appellerar varandra. Ett konkret exempel på detta är, att om man riktar två laserstrålar mot varandra, passerar de spårlöst rakt igenom varann. Men fotoniska molekyler indikerar att fotoner har en massa, om än aldrig så liten.
Genom superkallt atommoln. Kryoteknik har varit en förutsättning för experimentet. Forskarna skapade ett nytt medium genom att fylla en vakuumkammare med rubidiumatomer nerkylda med laser till 40 mikrokelvin (obetydligt över absoluta nollpunkten, temperaturen där all partikelrörelse upphör). Två fotoner avfyrades in i atommolnet med ultrasvag laserpuls. Rubidiummediet bromsade upp fotonernas hastighet, och dessa interagerade så att de ömsom ‘skuffa FORUM FÖR EKONOMI OCH TEKNIK NR 10 2013
FOTONER FÖRENADE. Fotoniska molekyler som frambringats i experimentförhållanden beter sig mindre som traditionell laser, mer som scifi-filmernas ljussvär > FOTONE sm Fotonen(ljuskvantum) är det elektromagnetiska fältets minsta energikvantum, och bärare av elektromagnetisk växelverkan.
= |standardmodellen sorterar elementarpartikeln fotonen under bosoner, de kraftbärande partiklarna.
sm Fotoner har såväl partikel- som vågegenskaper. De har frekvens, energi och rörelsemängd, men har antagits sakna (mätbar) massa, och interagerar inte med varandra.
sm Fotonen är en stabil partikel. Den har en snittlivscykel på en triljon (10’) år. Om fotoner kan nedbrytas (‘dö’) borde de därvid emittera partiklar med överljushastighet.
de” och ‘drog” varandra genom atommolnet. Denna växelverkan var så stark att fotonerna betedde sig som om de skulle ha en massa, och bildade genom ”bindning” fotoniska molekyler.
Detta slag av fotoniskt bundet tillstånd har länge diskuterats på teoretisk nivå, men inte hittills observerats i experiment.
Vad kan man använda dem till? Lukin har understrukit att forskningsarbetet kring fotoners egenskaper, som nu lett till “ljusmolekyler; långt har varit en experimentle teamet ägnat sig åt; upptäcktens tillämpningsmöjligheter och praktiska nytta är ännu ett frågetecken.
En potentiell tillämpning är kvantdatorn. Fotoner är det effektivaste sättet att överföra kvantinformation, men problemet har varit att fotoner i normala förhållanden inte växelverkar. Teamets experiment har etablerat de fysikaliska principerna - men det är ännu lång väg till exempelvis en fungerande kvantswitch eller en fotonisk logikport.
Lukin ställer också i sikte att fotoniska molekyler kan komma att användas för att skapa 3D-strukturer, exempelvis kristaller av ljus. Nya tillämpningar kan initieras under det fortsatta arbetet att utforska fotoniska molekylers egenskaper.
Vetenskap är aldrig färdig. Nya rön renderar ofta dramatiska överord, och professor Jukka Maalampi, chef för fysikaliska institutionen vid Jyväskylä universitet och välkänd vetenskapsskribent, finner Lukins experiment intressant, men anser det förhastat att tala om ett nytt materietillstånd.
Han konstaterar att forskare redan tidigare lyckats sänka ljusets hastighet medelst olika medier, men det nya i Lukins försök är att fotonerna lämnar det bromsande rubidiummolnet “hand i hand; alltså per definition som en molekyl. “Ljusmolekylens” vetenskapliga och praktiska betydelse vill Maalampi inte spekulera om, men påpekar att naturen kontinuerligt bjuder på överraskningar för forskarna och forskningen.