Ljusa och högfrekventa akustiska ljudvågor i en liten glasstruktur kan starkt kopplas till varandra och utföra en dans i takt.

Ett team av forskare från Imperial College London, universitetet i Oxford, och National Physical Laboratory har experimentellt uppnått ett mångårigt mål att demonstrera den så kallade "starkkopplingsregimen" mellan ljus och högfrekventa akustiska vibrationer.

Teamets forskning kommer att påverka klassisk och kvantinformationsbehandling och även testa kvantmekanik i stor skala. Detaljerna om deras forskning publiceras idag i den prestigefyllda tidskriften Optica .

Centralt i teamets forskning är 'viskande-galleri-läge resonanser' där ljus studsar många gånger runt ytan på en liten rund glasstruktur som visas i figuren ovan.

Detta fenomen är uppkallat efter en effekt som observerades i St Paul's Cathedral under artonhundratalet, där man kunde viska längs väggen i den runda galleribyggnaden och bli hörd på andra sidan.

"Det är fascinerande att dessa glasringresonatorer kan lagra stora mängder ljus, som kan 'skaka' molekylerna i materialet och generera akustiska vågor, " sa projektets medförfattare Dr Pascal Del'Haye från National Physical Laboratory.

När ljuset cirkulerar runt glasstrukturens omkrets interagerar det med en 11 GHz akustisk vibration som gör att ljus sprids i omvänd riktning. Denna interaktion gör att energi kan bytas mellan ljus och ljud med en viss hastighet. Dock, både ljus- och ljudfältet kommer att förfalla på grund av friktionsliknande processer, hindrar de två från att dansa i takt.

Teamet övervann denna utmaning genom att använda två sådana viskande-galleri-läge resonanser och uppnådde en kopplingshastighet som är större än dessa friktionsliknande processer, så att ljus-ljuddansens signaturer kan observeras.

Huvudförfattare till projektet, Georg Enzian vid University of Oxford, sade:"Att uppnå denna starkkopplingsregim var ett spännande ögonblick för oss." Professor Ian Walmsley, medförfattare till projektet, och Provost vid Imperial College London, sade:"Jag är upphetsad över de närmaste och längre siktutsikterna för den här nya experimentella plattformen."

Blickar framåt, laget förbereder nu nästa generation av dessa experiment som kommer att fungera vid temperaturer nära absolut noll. "Detta gör det möjligt att utforska och använda mycket känsligt kvantmekaniskt beteende för utveckling av kvantteknik, " sade huvudutredaren för projektet, Dr Michael Vanner från Quantum Measurement Lab vid Imperial College London.