Ученые впервые экспериментально зафиксировали взаимодействие между фотонами
Ученые разработали метаматериалы, состоящие из множества наночастиц или других маленьких элементов. Они обладают уникальными электромагнитными свойствами, изменяющимися во времени. Регулируя амплитуду и фазы встречных сигналов, авторы впервые смогли экспериментально продемонстрировать столкновение между фотонами как между реальными физическими объектами. Исследование опубликовано в журнале Nature Physics.
Если столкнуть два массивных объекта, например два мяча, они отскочат в разные стороны, полетят в одном направлении или слипнутся. При этом их механическая энергия сохраняется, теряется или увеличивается. Если столкнуть бильярдные шары, то общая энергия системы сохраняется, а если резиновые мячи — теряется. Однако фотоны, которые представляют собой поперечные электромагнитные волны, с точки зрения классической электродинамики свободно проходят друг через друга. С другой стороны, квантовая электродинамика допускает возможность взаимодействия между ними. Однако экспериментально никто не мог это подтвердить до сегодняшнего дня.
«Наша работа основывается на серии экспериментов, которые показывают, как мы можем создавать метаматериалы с уникальными свойствами, возникающими в результате резких изменений их электромагнитных свойств во времени. Эти вариации позволяют нам манипулировать распространением волн способами, невиданными в природе», — рассказали авторы. Подобные метаматериалы исследователи назвали темпоральными (временными) интерфейсами. Они представляют собой искусственные структуры из множества наночастиц или других мелких элементов. Изменяя амплитуду и фазы встречных сигналов, ученые зафиксировали эффект рассеяния фотонов на фотонах. Более того, они показали, что созданный материал позволяет контролировать изменение энергии волн при столкновении и даже менять их структуру произвольным образом.
Это открытие может помочь в развитии технологий, основанных на электромагнитных волнах. Например в телекоммуникациях, оптических сетях передачи информации или энергетике. Оно также способно упростить манипуляции, которые инженеры проводят с сигналами. Причем реализовать это можно на сверхбыстрой платформе с низким энергопотреблением.