来自2月16日全球顶级学术期刊《科学》的最新消息:美国科学家在实验室里发现一种前所未见的奇异光:
由双光子或者三个光子组合形成的新型光子,具有质量大、速度慢、相互影响等特点。
这不仅是光学领域最新重大发现,而且将在量子应用领域,具有非常实际的重要意义。
到底这是怎么一回事?
先来看看光——按照不同分法,光可以分为很多种:
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按照颜色,牛顿把光分成7种颜色——红、橙、黄、绿、蓝、靛、紫。
按照产生机制,又可以分为普通光、激光。
按照肉眼能否看得见,分为可见光、不可见光——
可见光大家都熟悉,就是牛顿7色光;
不可见光其实占整个光线(电磁波)绝大部分,按照能量/频率由低到高依次列为:
无线电波、微波、红外线、近红外线、可见光、近紫外线、紫外线、X射线、伽马射线、超高能伽马射线。
总之,光是人类探知宇宙奥秘、自然规律的最大利器。
在粒子物理世界当中,光是由一种基本粒子——光子组成的,
最初爱因斯坦叫它光量子(light quantum)。
你可以理解为一股股的电磁波的能量波包,也就是电磁波的量子。
简单来说,光子有几个特点——
负责传递电磁力,可以远距离移动
具有波粒二象性(能够展现出波动性、粒子性)
静止质量为0(无质量粒子)
电荷为0
传播速度为光速(真空中)
……
知道了以上这些,我们就可以理解科学家的最新发现了。
问题来了,科学家到底是怎么发现新型光的?
进行该项实验的哈佛大学和麻省理工学院的科研团队,是在一种特殊实验条件下——逼近绝对零度下,
由铷原子形成的「铷原子云」(属于一种量子非线性介质),
生成了双光子、三光子,
由此形成了一束非常微弱的激光束——这就是新型光子。
你可以理解为一对光子或者三合一光子组合成的新光子。
这种新型光子跟一般光子相比,具有几个特点:
新型光有质量
大约相当于电子的几分之一,而电子质量为9.109 383 56(11)×10-31 kg。
刚才说了,一般光子是无质量粒子。
新型光传播速度相当慢
只是真空光速的10万分之一,只有每秒300米。
这比点22口径步枪子弹速度还要慢些,相当于地球同步轨道卫星飞行速度的1/10。
新型光子相互间的影响作用,明显增强。
我们知道,两只手电筒在黑暗状态下交叉,会是什么情况?
光束交叉后,还是各行其道。
但最新发现的光子却不是这样——两束新型光子相遇后,就会神奇的合并成一个光束,或者相互拉扯、影响。
这意味着什么?有何意义?
根据麻省理工物理学家弗莱迪(Vladan Vuletic)的解释:新型光子确实可以相互作用!
正是利用这种光子之间的特殊作用,人类就可以按照想要的方式,有效操控、分配量子信息。
这样的话,一旦用于信息传输等领域,尤其在量子计算和信息传输上,就会具有非常实际、非常重大的意义。
这项突破性研究现已得到美国国家科学基金会的支持。
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