Электромагнитные волны могут сделать ядро атома железа прозрачным. Такой эффект продемонстрировали в своём эксперименте учёные, работающие на синхротроне в исследовательском центре DESY. Параллельно они доказали, что светом можно управлять и создали деталь для квантового компьютера будущего.
Полученный эффект называется прозрачностью, вызванной электромагнитным полем (EIT). Это явление хорошо известно физикам-лазерщикам. Используя яркий лазерный луч определённой длины волны, можно заставить непрозрачный материал стать прозрачным для излучения другой длины волны. Свет в этом случае определённым образом взаимодействует с электронной оболочкой атома.
Синхротрон центра DESY (PETRA III) является источником рентгеновского излучения. И немецким учёным впервые удалось продемонстрировать прозрачность, вызванную рентгеновскими лучами.
Для этого учёные поместили два тонких листа железа-57 (изотоп, составляющий 2% природного железа) в оптический резонатор – два параллельных платиновых зеркала. Такой "коридор" позволяет переотражать рентгеновские лучи много раз. Листы железа толщиной всего по три нанометра разделял слой углерода, который является прозрачным для рентгена использованной длины волны. Толщина бутерброда из железа и углерода составляла 50 нанометров. На него исследователи направили тонкие рентгеновские лучи (под очень малыми углами).
В результате при определённом положении листов они наблюдали, что свет отражается от платиновых зеркал так, будто между ними ничего нет. Однако возникал этот эффект только при определённом соотношении длины волны и расстояния между железными пластинами.
Из-за множественных переотражений в системе появилась стоячая волна, резонанс. Прозрачность железа наблюдалась, когда один лист находился в минимуме амплитуды волны, другой - в максимуме. Стоило переместить пластины внутри резонатора, как эффект пропадал.
Немецкие учёные объясняют это явление квантово-оптическими эффектами. И всё не так сложно, как кажется. Атомы железа в листах в резонаторе колеблются согласованно, синхронно поглощая и испуская кванты света. В результате (в отличие от атомов свободных) они "отменяют" колебание друг друга и система получается прозрачной для проходящего излучения.
Нынешнее достижение отличается от предыдущих, полученных в экспериментах с видимым светом. Во-первых, учёным не пришлось брать яркий источник излучения. Кроме того, на выходе они увидели, что прозрачность наблюдается не для отдельных квантов света, а для всего луча.
"Мы надеемся, что в будущем нам удастся управлять рентгеновским излучением при помощи другого рентгеновского излучения", - говорит доктор Ральф Рёльсбергер (Ralf Röhlsberger) из DESY. Физики полагают, что такой эффект пригодится в квантовых компьютерах будущего для борьбы с отходящим теплом (каждый лишний квант свет – дополнительный нагрев).
Кстати, учёные наблюдали не только прозрачность, но и замедление световых волн в резонаторе - до нескольких метров в секунду. Напомним, что скорость света в вакууме составляет 300 тысяч километров в секунду. Немецкие специалисты планируют продолжить эксперименты, чтобы понять, насколько можно придержать свет.
Если удастся достичь значительных успехов, можно будет говорить и о практическом применении замедления света. Например, для хранения информации в экстремально медленных или вовсе остановленных импульсах света, пишут физики в своей статье в журнале Nature.
