Onderzoekers hebben voor het eerst drie fotonen aan elkaar vastgemaakt. Daarmee creëerden ze een nieuwe vorm van licht.
Als je twee lichtbundels laat kruisen, gaan ze gewoonlijk moeiteloos dwars door elkaar heen. Amerikaanse wetenschappers hebben nu een manier gevonden om fotonen aan elkaar vast te maken. Daardoor kunnen twee lichtstralen op kleine schaal samensmelten tot één lichtstraal.
Om fotonen bij elkaar te brengen creëerden de wetenschappers eerst een dikke wolk van extreem koude rubidiumatomen. Vervolgens stuurden ze een zwakke laserstraal de wolk in, zodat enkele fotonen interacties aangingen met de rubidiumatomen.
‘Het ITER-uitstel is minder dramatisch dan het lijkt’
‘ITER tien jaar vertraagd’, kopten de media. Maar de momenten waar het bij deze kernfusiereactor écht om gaat worden veel minder uitgesteld.
Aan de andere kant van de wolk kwamen de fotonen weer tevoorschijn in groepjes van twee of drie. Ze bewogen 100.000 keer zo langzaam als de gebruikelijke lichtsnelheid.
De wetenschappers hadden in 2013 al ontdekt dat je op deze manier fotonenparen kunt creëren. Ze wisten toen nog niet of drietallen ook mogelijk zijn. Door het experiment beter te stabiliseren en over een langere periode uit te voeren, vonden ze de zeldzamere fotondrietallen.
Polariton
De wetenschappers vermoeden dat de fotonen zich in de wolk aan elkaar binden door eerst een wisselwerking met de rubidiumatomen aan te gaan. Wanneer een foton door een atoom wordt geabsorbeerd, vormt het een soort kruising tussen licht en materie – een zogeheten polariton. Twee fotonen kunnen gewoonlijk niet rechtstreeks op elkaar inwerken, maar via de krachten die atomen besturen kunnen twee polaritonen dat wel.
Deze atomaire krachten zorgen ervoor dat de fotonen aan elkaar vast komen te zitten. Zodra de fotonen de wolk en daarmee ook de polaritonen verlaten, blijven ze als een soort lichtmolecuul bij elkaar. Dit hele proces neemt ongeveer een miljoenste van een seconde in beslag.
Lichtzwaard
‘We sturen licht het medium in. De lichtdeeltjes worden dan verkleed als atomen. Zodra ze terugveranderen in fotonen, herinneren ze zich de wisselwerkingen die in het medium plaatsvonden’, zegt teamlid Sergio Cantu van MIT. ‘We prenten de fotonen atomair gedrag in.’
Omdat de drie fotonen na de passage door de gaswolk verstrengeld blijven, kan het manipuleren van een van de deeltjes de andere twee beïnvloeden. Daardoor komen deze drielingen mogelijk van pas voor quantumcommunicatie en cryptografie.
Als het proces kan worden opgeschaald tot een groter aantal fotonen, zijn er mogelijk ook andere, sciencefictionachtige toepassingen. ‘Je kunt er een lichtzwaard mee maken’, zegt teamlid Aditya Venkatramani van de Harvard University. ‘Of twee lichtzwaarden, maar als je wilt dat die in een gevecht op elkaar botsen, moeten de fotonen elkaar juist afstoten.’ Volgens Venkatramani is een volgende missie van het team om uit te vogelen hoe je fotonen elkaar kunt laten wegduwen.
Mis niet langer het laatste wetenschapsnieuws en meld je nu gratis aan voor de nieuwsbrief van New Scientist.
Lees verder: