Νέα «φωτεινή» μορφή ύλης. Seeing Light in a New Light: Scientists Create Never-Before-Seen Form of Matter

Light sabers (stock image). "Photonic molecules" behave less like traditional lasers and more like something you might find in science fiction -- the light saber. (Credit: © Yana / Fotolia)

Επιστήμονες στις ΗΠΑ έφεραν τα πάνω κάτω στις γνώσεις μας για το φως, δημιουργώντας από αυτό μια νέα μορφή ύλης, η οποία ως τώρα δεν είχε ποτέ παρατηρηθεί στη φύση, αλλά είχε προταθεί μόνο θεωρητικά. Συγκεκριμένα, κατάφεραν να «χειραγωγήσουν» με τέτοιο τρόπο τα φωτόνια, ώστε αυτά να σχηματίσουν μόρια.

Εντυπωσιακή εξέλιξη

Χρησιμοποιώντας λέιζερ οι ερευνητές δημιούργησαν τη νέα «εξωτική» μορφή ύλης.

Το επίτευγμα των ερευνητών των πανεπιστημίων Χάρβαρντ και ΜΙΤ, με επικεφαλής τους καθηγητές φυσικής Μιχαήλ Λούκιν και Βλάνταν Βούλετιτς, που έκαναν τη σχετική δημοσίευση στην επιθεώρηση «Nature», ανατρέπει δεκαετίες συμβατικής σοφίας σχετικά με τη φύση του φωτός. Τα φωτόνια θεωρούνται σωματίδια χωρίς μάζα που δεν αλληλεπιδρούν μεταξύ τους, γι’ αυτό π.χ. δύο ακτίνες λέιζερ που θα διασταυρωθούν, απλώς θα περάσει η μία μέσα από την άλλη.

Όμως τα «φωτονικά μόρια», που δημιούργησαν οι ερευνητές, όπως είπε ο Μιχαήλ Λούκιν, συμπεριφέρονται διαφορετικά και αλληλεπιδρούν μεταξύ τους τόσο ισχυρά, που αρχίζουν να δρουν σαν να έχουν μάζα και έτσι προσδένονται μεταξύ τους σχηματίζοντας μόρια.

Πως τα κατάφεραν

Photons with strong mutual attraction in a quantum nonlinear medium. Credit: Nature.

Οι ερευνητές έβαλαν άτομα ρουβιδίου σε ένα θάλαμο κενού και μετά, μέσω λέιζερ, έψυξαν το νέφος των ατόμων σε θερμοκρασία λίγων μόνο βαθμών πάνω από το απόλυτο μηδέν. Στη συνέχεια, χρησιμοποιώντας ασθενείς παλμούς λέιζερ, έστειλαν μεμονωμένα φωτόνια να περάσουν μέσα από αυτό το ατομικό νέφος, το οποίο επιβράδυνε σημαντικά την κίνηση των διερχομένων φωτονίων. Τελικά, τα φωτόνια εξέρχονταν από την άλλη μεριά του νέφους σαν ένα ενιαίο μόριο.

Η ανακάλυψη, πέραν του να ωθεί παραπέρα τα σύνορα της επιστημονικής γνώσης, μπορεί να έχει και πρακτικές επιπτώσεις, καθώς τα φωτόνια αποτελούν το καλύτερο μέσο για την μεταφορά κβαντικών πληροφοριών, θα μπορούσε συνεπώς να αξιοποιηθεί σε ένα μελλοντικό κβαντικό υπολογιστή.

Ο Μιχαήλ Λούκιν είπε επίσης ότι κάποια μέρα θα μπορούσαν να δημιουργηθούν και πολύπλοκες τρισδιάστατες δομές, όπως κρύσταλλοι, μόνο από φως. «Σε τι ακριβώς θα αποβεί χρήσιμη, δεν ξέρουμε ακόμα, όμως είναι μια νέα κατάσταση της ύλης, συνεπώς ελπίζουμε ότι νέες εφαρμογές θα ξεπηδήσουν, καθώς θα συνεχίσουμε να μελετούμε τις ιδιότητες των φωτονικών μορίων», πρόσθεσε.

Εντυπωσιακές εικόνες από το Πόδι της Γάτας. The star-forming Cat’s Paw Nebula through ArTeMiS’s eyes

This image of the star formation region NGC 6334 is one of the first scientific images from the ArTeMiS instrument on APEX. The picture shows the glow detected at a wavelength of 0.35 millimetres coming from dense clouds of interstellar dust grains. The new observations from ArTeMiS show up in orange and have been superimposed on a view of the same region taken in near-infrared light by ESO’s VISTA telescope at Paranal. Credit: ArTeMiS team/Ph. André, M. Hennemann, V. Revéret et al./ESO/J. Emerson/VISTA Acknowledgment: Cambridge Astronomical Survey Unit

Νέες εντυπωσιακές εικόνες από το Νεφέλωμα Πόδι της Γάτας (NGC 6334) δόθηκαν στη δημοσιότητα από το Ευρωπαϊκό Νότιο Αστεροσκοπείο (ESO).

This chart shows the location of NGC 6334, the Cat’s Paw Nebula, in the constellation of Scorpius (The Scorpion). This map shows most of the stars visible to the unaided eye under good conditions, and NGC 6334 itself is highlighted with a red circle on the image. Although this stellar nursery is prominent in images, it is faint visually and needs a large telescope for a glimpse of the brighter parts. Credit: ESO, IAU and Sky & Telescope

Οι εικόνες, οι οποίες ελήφθησαν με τη νέα κάμερα ArTeMIS του τηλεσκοπίου APEX (The Atacama Pathfinder Experiment), αποκαλύπτουν με πρωτοφανή λεπτομέρεια το νεφέλωμα, το οποίο βρίσκεται στον αστερισμό του Σκορπιού, απέχει 5.500 έτη φωτός από τη Γη και αποτελεί ένα δραστήριο μαιευτήριο νέων άστρων.

Η ArTeMIS είναι μια ευρυγώνια φωτογραφική μηχανή που «βλέπει» σε μήκη κύματος κάτω του χιλιοστού. Εγκαταστάθηκε μόλις στο APEX και οι υπεύθυνοι του Ευρωπαϊκού Νότιου Αστεροσκοπείου θεωρούν ότι θα δώσει νέα, ισχυρότερη «όραση» στο τηλεσκόπιο APEX για την ταχύτερη και λεπτομερέστερη χαρτογράφηση του ουρανού.

Όπως αποδεικνύει το εντυπωσιακό αποτέλεσμα της εικόνας από το Πόδι της Γάτας, δεν έχουν άδικο. Η φωτογραφία αποτελεί συνδυασμό δυο «λήψεων»: αυτή της ArTeMIS, η οποία συλλαμβάνει την ψυχρή λάμψη της σκόνης του διαστρικού κενού, απεικονίζεται με πορτοκαλί χρώμα με φόντο μια παρατήρηση της ίδιας περιοχής από το τηλεσκόπιο υπερύθρων VISTA, το οποίο ανήκει επίσης στο Ευρωπαϊκό Νότιο Αστεροσκοπείο.