Используя компьютерное моделирование на базе формул квантовой электродинамики, ученые установили, что, если воздействовать на фотонный газ зондирующими фотонами, в результате их рассеяния возникнет голограмма, по которой можно определить важные характеристики мишени, включая квантовое состояние ее фотонов
Потенциальных областей применения фундаментальной работы немало: от астрофизики до экспериментов с высокоэнергетическими фотонами
В фокусе исследования — рассеяние света на свете. Это явление в квантовой электродинамике было предсказано еще в начале прошлого века, но его пока не удавалось воспроизвести в лаборатории
Результаты работы были представлены в журнале Physical Review D
«Если говорить совсем упрощенно, мы изучаем, как взаимодействуют два пучка света. В обычной жизни два луча света проходят друг через друга и практически никак друг на друга не влияют. Но на квантовом уровне фотоны все-таки способны взаимодействовать. Этот эффект очень слабый, однако современная техника уже близка к тому, чтобы его можно было наблюдать экспериментально. В нашей работе мы рассматриваем следующий сценарий: газ фотонов мишени просвечивается пучком зондирующих высокоэнергетических фотонов, как на рентгене. Благодаря взаимодействию с фотонами мишени интенсивность и поляризация пучка зондирующих фотонов немного изменяются. Оказывается — и это не было известно ранее — эти изменения несут информацию о квантовом состоянии фотонного газа мишени, через которое прошел зонд», — пояснили авторы исследования
Возникающую картину ученые назвали фотонной голограммой по аналогии с обычной голографией: часть пробного света проходит практически без изменений, другая часть рассеивается, а затем эти две составляющие интерферируют. В результате по наблюдаемой интерференционной картине — голограмме — можно восстановить информацию о состоянии исследуемой системы
Описанный процесс теоретически возможно наблюдать в лабораторных условиях. И получаемая в результате голограмма, как обнаружили исследователи, должна отражать немало значимых характеристик фотонного газа: сколько фотонов находятся в отдельной точке пространства, как они поляризованы, насколько согласованы между собой их квантовые состояния
📸 Предоставлено ученым физического факультета ТГУ Петром Казинским
Макс | Телеграм