Физики уличили фотоны в подражании куперовским парам в сверхпроводниках

Физики уличили фотоны в подражании куперовским парам в сверхпроводниках

Из-за комбинационного рассеяния фотоны могут формировать пары, очень похожие на куперовские пары электронов в сверхпроводниках. Бразильские ученые предсказали и экспериментально исследовали этот эффект для восьми прозрачных сред. Их статья принята к публикации в Physical Review Letters, препринт работы выложен на сайте arXiv.org.

Низкотемпературную сверхпроводимость можно объяснить с помощью теории БКШ, в основе которой лежит понятие куперовской пары. Куперовская пара — это два электрона с противоположно направленными спинами и импульсами, связанные через обмен виртуальными фононами (квазичастицами, отвечающими колебаниям решетки) с ионами кристаллической решетки, что позволяет преодолеть кулоновское отталкивание. Подробнее о фононах и образовании куперовских пар можно прочитать в нашем материале «Зоопарк квазичастиц».

Когда свет распространяется в прозрачной среде, он тоже влияет на колебания составляющих ее частиц, но не с помощью фононов, а посредством комбинационного (неупругого) рассеяния. Например, в результате процесса Стокса фотон теряет часть своей энергии, испуская некоторую квазичастицу, и смещается в сторону красного спектра. В результате обратного процесса (анти-Стокса) фотон поглощает такую квазичастицу и смещается в сторону синего спектра. В принципе, эти два процесса могут совместиться, и фотоны обменяются виртуальной квазичастицей, что будет отвечать некоторому эффективному взаимодействию, аналогичному взаимодействию в куперовской паре. Это означает, что в средах с большими энергиями колебаний составляющих их частиц могут возникать фотонные аналоги куперовских пар.

В данной статье физики разработали теоретическую модель явления. Для этого они заново вывели гамильтониан теории БКШ, исходя из того, что взаимодействующие частицы являются бозонами, а не фермионами. Оказалось, что в разработанной ими теории существует энергетический зазор, аналогичный зазору в теории БКШ, и он зависит от интенсивности лазера и энергии виртуальных частиц. Когда энергия виртуальных частиц меньше, чем энергия фотонов, энергия взаимодействия фотонов оказывается меньше нуля, поэтому им выгодно притягиваться и образовывать пару.

Образование фотонных пар можно заметить в эксперименте, поскольку из-за него должно меняться число фотонов, участвующих в процессах Стокса и анти-Стокса. Для этого нужно посмотреть, как скоррелированы числа участвующих в таких процессах фотонов. Согласно теоретическим предсказаниям авторов статьи, при образовании связанных пар фотонов максимум функции корреляции должен смещаться в сторону меньших длин волн, причем эффект будет заметен тем лучше, чем больше пар образуется.

И действительно, для фотонов, распространяющихся в дистиллированной воде, авторы статьи экспериментально обнаружили такой сдвиг. Для зависимости корреляционной функции, полученной ими с помощью лазеров, излучающих с мощностью 20 и 40 милливатт, пик сместился с 3500 сантиметров на 2400 сантиметров. Это смещение как раз отвечает диапазону, в котором колебания молекулы воды возбудить сложнее, то есть в котором пары связанных фотонов образуются проще всего.

Кроме того, ученые экспериментально проверили предсказанный ими эффект для еще семи прозрачных сред, среди которых были не только жидкости, но и кристаллические тела. Во всех этих средах наблюдались похожие закономерности, но иногда менее ярко выраженные.

Пока не очень понятно, какие практические приложения может иметь открытый авторами статьи эффект. Возможно, предложенным ими способом удастся объяснить эффект погашения дисперсии (dispersion cancellation) или изменение прозрачности некоторых сред при освещении лазером.

Ранее мы писали о том, как ученые получили куперовские пары электронов, не создавая в проводнике сверхпроводимости самой по себе. Также другим физикам удалось увидеть триплетные куперовские пары на границе сверхпроводника и ферромагнетика.

Дмитрий Трунин

N+1

Похожие новости:
Биоинженеры собрали оптическую призму из частиц вирусов
Американские биоинженеры превратили спиральные частицы вирусов в кубики "Лего", из которых они собрали ряд объектов, в том числе и плоскую призму, которая расщепляет свет благодаря структуре, похожей по своему устройству на лапшу быстрого приготовления, говорится в статье, опубликованной в журнале Nature ..
2011-10-20 2556 0 Технология
0
Чуткий нос на страже безопасности пассажиров
На международной конференции по авиационной безопасности, которая проходила в начале октября в Амстердаме, «Аэрофлот» продемонстрировал свои наработки в борьбе с терроризмом. Служебные лабрадоры, овчарки и спаниели - привычная картина в европейских аэропортах. Четвероногие спецы способны учуять запах опасности как никто другой: ..
2011-10-20 2146 0 Технология
0
Светодиодные лампы могут быть вредны
Освещение, основанное на светодиодах, скоро станет едва ли не повсеместным — в домах, офисах, на городских улицах. Однако ученых настораживает воздействие этого энергоэффективного света. Возможно, такие лампы могут отрицательно сказаться на биологических часах человека. Дело в том, что свет ..
2011-10-20 7462 5 Технология
0
Британцы мумифицировали таксиста по египетскому рецепту
Те или иные способы бальзамирования тел умерших человечество практиковало и после эпохи древнего Египта. Но авторы необычного опыта считают, что именно они первыми наиболее точно и полно восстановили тот, легендарный способ фараонов. Эксперимент провели химик Стивен Бакли (Stephen Buckley) ..
2011-10-20 2461 0 Технология
0
Новая технология РЛС позволит видеть сквозь стены
Способность видеть сквозь стены – уже не предмет научной фантастики, благодаря новой технологии «радар», разработанной в лаборатории Линкольна Массачусетского технологического института. Так же, как люди и другие животные видят через волны видимого света, которые отражаются от объектов,  видит ..
2011-10-21 5662 0 Технология
1
В России грядет биореволюция
В эти дни в Москве прошло первое собрание технологической платформы "Биоиндустрия и Биоресурсы - БиоТех-2030". Будущее биотехнологии России - в лабораториях биологического факультета Московского университета. Альянс Московского государственного университета имени Ломоносова и корпорации "Ростехнологии" приносит первые плоды."Роли тут совершенно понятны. "Ростехнологии" ..
2011-10-22 2579 0 Технология
0
Биокомпьютеры будут основаны на живых организмах
Иссле­до­ва­тели из Импер­ского Кол­ле­джа в Лон­доне, пока­зали, что они могут постро­ить логи­че­ские эле­менты, кото­рые исполь­зу­ются для обра­ботки инфор­ма­ции в таких устрой­ствах, как ком­пью­теры и мик­ро­про­цес­соры, из без­вред­ных бак­те­рий кишеч­ника и ДНК. Это самые совре­мен­ные био­ло­ги­че­ские вычис­ли­тель­ные ком­плексы когда-либо создан­ные уче­ными. Про­фес­сор Ричард ..
2011-10-23 2235 0 Технология
0
Тротуар стадиона замостят плиткой, собирающей энергию шагов
Нехитрые устройства, которые поместят на тротуар, будут конвертировать энергию ходьбы туристов в электричество. Генератор электричества, работающий от кинетической энергии прохожих, создан британской компанией Pavegen Systems. Её руководителю Лоренсу Кембел-Куку пришла в голову мысль о том, что на популярных туристических ..
2011-10-23 2461 0 Технология
0
Израиль продемонстрировал миру квантовую левитацию
Серия новых опытов в яркой и наглядной форме продемонстрировала зрителям удивительные квантовые эффекты. Парящие без видимой поддержки предметы - можно ли придумать что-то лучшее для того, чтобы обычный человек мог "пощупать" квантовую физику? Ученые из университета Тель-Авива поставили несколько ..
2011-10-23 3371 0 Технология
0
Германия: ветряная и солнечная энергетика
В Германии, где к 2020 году более 30 проц электроэнергии предполагают производить на базе альтернативных источников, в ближайшие годы запланировано строительство до 30 тепловых электростанций, работающих на природном газе. Ориентированная на "зеленые" технологии электроэнергетика страны отдает предпочтение солнечным и ветряным электростанциям. ..
2011-10-23 5370 0 Технология
0
Свет заставили гнуть кремниевый мостик
Ученые создали микроскопический переключатель, для изменения положения которого используется свет. Статья ученых появилась в журнале Nature Nanotechnology, а ее краткое изложение приводит ScienceNOW. Устройство представляет собой кремниевый мостик-резонатор с линейными размерами 10 микрометров в длину, 0,5 микрометра в ширину и 110 микрометров в толщину. ..
2011-10-24 2287 0 Технология
0
Объем российского рынка инноваций составит 40 млрд рублей
«Только предприятия, созданные при участии «Роснано», до конца 2011 года произведут продукции более чем на 20 млрд рублей, а с учётом независимых производителей объём нового рынка составит около 40 млрд рублей», – сообщил вице-премьер РФ Сергей Иванов, выступая сегодня на IV Международном форуме ..
2011-10-27 2623 0 Технология
0
Руснанотех-2011 открылся в Москве
Четвертый международный форум по нанотехнологиям "Руснанотех-2011", в котором примут участие ведущие ученые и бизнесмены из стран Европы, Азии и Австралии, открылся сегодня в Москве. "На традиционной выставке инновационной продукции - "РуснанотехЭкспо-2011", которая пройдет в рамках форума с 26 по 28 октября, свои проекты ..
2011-10-27 2237 3 Технология
0
Ученые создали искусственную кожу из нанотрубок
Ученые Стэнфордского университета изобрели  искусственную кожу, которая ощущает нажатия, щепотки и прикасания. Датчики, изготовлены из силиконовой пленки и матрицы жидких углеродных нанотрубок обеспечивают возврат материала в его первоначальную форму, не смотря на количество проделанных над ним действий.  В сжатом виде, прохождение ..
2011-10-27 2960 0 Технология
0
В США проходит международный конкурс энергоэффективных домов
В США прошел Международный конкурс энергоэффективных домов. Мероприятие организовано министерством энергетики США и собрало 19 команд студентов-архитекторов из Америки, Китая и Новой Зеландии. Экспертная комиссия оценивала дома по десяти признакам, за каждый из которых был максимум 100 очков. Выиграла та команда, которая набрала ..
2011-10-27 2567 0 Технология
0