Ljus kan riktas åt olika håll, vanligtvis också tillbaka på samma sätt. Fysiker från universitetet i Bonn och universitetet i Köln har, dock, lyckats skapa en ny enkelriktad gata för ljus. De kyler ner fotoner till ett Bose-Einstein-kondensat, vilket gör att ljuset samlas i optiska "dalar" varifrån det inte längre kan återvända. Fynden från grundforskningen kan också vara av intresse för framtidens kvantkommunikation. Resultaten publiceras i Vetenskap .

En ljusstråle delas vanligtvis genom att riktas mot en delvis reflekterande spegel:En del av ljuset reflekteras sedan tillbaka för att skapa spegelbilden. Resten går genom spegeln. "Dock, denna process kan vändas om experimentuppställningen är omvänd, " säger Prof. Dr. Martin Weitz från Institutet för tillämpad fysik vid universitetet i Bonn. Om det reflekterade ljuset och den del av ljuset som passerar genom spegeln skickas i motsatt riktning, den ursprungliga ljusstrålen kan rekonstrueras.

Fysikern undersöker exotiska optiska kvanttillstånd av ljus. Tillsammans med sitt team och prof. Dr. Achim Rosch från Institutet för teoretisk fysik vid universitetet i Köln, Weitz letade efter en ny metod för att generera optiska enkelriktade gator genom att kyla fotonerna:Som ett resultat av fotonernas mindre energi, ljuset ska samlas i dalar och därigenom delas oåterkalleligt. Fysikerna använde ett Bose-Einstein-kondensat av fotoner för detta ändamål, som Weitz först uppnådde 2010, bli den första att skapa en sådan "superfoton".

En ljusstråle kastas fram och tillbaka mellan två speglar. Under denna process, fotonerna kolliderar med färgämnesmolekyler som finns mellan de reflekterande ytorna. Färgämnesmolekylerna "sväljer" fotonerna och spottar sedan ut dem igen. "Fotonerna får temperaturen på färglösningen, "säger Weitz." Under detta, de svalnar till rumstemperatur utan att gå vilse. "

Genom att bestråla färglösningen med en laser, fysikerna ökar antalet fotoner mellan speglarna. Den starka koncentrationen av ljuspartiklarna i kombination med samtidig kylning gör att de enskilda fotonerna smälter samman och bildar en "superfoton, "även känd som Bose-Einstein-kondensat.

Två optiska dalar "fångar" ljuset

Det aktuella experimentet fungerade i enlighet med denna princip. Dock, en av de två speglarna var inte helt platt, men hade två små optiska dalar. När ljusstrålen går in i en av indragen, avståndet, och därför våglängden, blir något längre. Fotonerna har då lägre energi. Dessa lätta partiklar "kylas" av färgämnesmolekylerna och övergår sedan till ett lågenergitillstånd i dalarna.

Dock, fotonerna i fördjupningarna beter sig inte som kulor som rullar över ett wellpapp. Kulor rullar in i den korrugerade plåtens dalar och förblir där, åtskilda av "topparna".

"I vårt experiment, de två dalarna ligger så nära varandra att en tunnelkoppling uppstår, "rapporterar huvudförfattaren Christian Kurtscheid från Weitz -teamet. Det är därför inte längre möjligt att avgöra vilka fotoner som finns i vilken dal." Fotonerna hålls i de två dalarna och går in i systemets lägsta energitillstånd, " förklarar Weitz. "Detta delar oåterkalleligt ljuset som om det passerade genom en korsning i slutet av en enkelriktad gata, medan ljusvågorna förblir i låst steg i olika indrag."

Forskarna hoppas att detta experimentella arrangemang kommer att göra det möjligt att producera ännu mer komplexa kvanttillstånd som tillåter generering av sammanflätade fotoniska multipartikeltillstånd. "Kanske kvantdatorer en dag kan använda den här metoden för att kommunicera med varandra och bilda ett slags kvantinternet, säger Weitz med sikte på framtiden.