Fizycy z Nankai University w Chinach stworzyli kwantowego pływaka, który poruszał się pod prąd w układzie złożonym ze światła. Wynik był możliwy dzięki niezwrotnemu oddziaływaniu, w którym wzajemny wpływ pływaka i otaczającego go kwantowego płynu nie miał takiego samego charakteru po obu stronach. W efekcie pływak uzyskał siłę skierowaną przeciwnie do przepływu. Eksperyment nie oznacza, że III zasada dynamiki Newtona przestała obowiązywać dla zwykłych obiektów. Pokazuje natomiast, że w kontrolowanym układzie kwantowym efektywne oddziaływania mogą zachowywać się inaczej niż w klasycznym opisie.
Zespół Yi Hu wykorzystał znane metody kontroli światła kwantowego. Lasery skierowano do specjalnego kryształu, który został poddany działaniu napięcia elektrycznego. W tych warunkach fotony zaczęły wzajemnie na siebie oddziaływać, tworząc układ przypominający rzekę lub kwantowy płyn. Drugą wiązkę światła uformowano w pojedynczą, samotną falę, pełniącą rolę pływaka. W odróżnieniu od łodzi lub zwierząt płynących pod prąd, taki pływak nie korzystał z własnego napędu, aby pokonać przepływ. Badacze sprawdzili, czy samo odpowiednie ukształtowanie oddziaływań może wystarczyć do zmiany jego ruchu.
Zgodnie z zasadą akcji i reakcji oba elementy wzajemnego oddziaływania powinny doświadczać sił o tej samej wartości i przeciwnym kierunku. W opisywanym eksperymencie pływak doświadczał przyciągania ze strony kwantowego płynu, natomiast wzajemna odpowiedź układu miała charakter odpychający. Było to oddziaływanie niezwrotne, a jego skutkiem netto był ruch pływaka pod prąd. Mathias Albert z Côte d’Azur University zauważył, że wcześniejsze demonstracje ruchu pod prąd w innych kwantowych płynach światła wykorzystywały małe wiry tworzące się za pływakiem. Odrzut związany z ich powstawaniem napędzał obiekt. Nowy eksperyment opierał się na innym mechanizmie, bez tego rodzaju wirów.
Niezwrotne oddziaływania są już wykorzystywane do opisu tak zwanej aktywnej materii, między innymi mieszanin bakterii, stad ptaków i rojów małych robotów. Zwykle takie układy zużywają energię, aby się poruszać. Badanie Hu i jego współpracowników pokazuje, że podobne idee można analizować także w układzie kwantowym, którego pływak nie ma własnego napędu. W przyszłości kontrolowane kierowanie fragmentami światła mogłoby znaleźć zastosowanie w urządzeniach wykorzystujących światło kwantowe, w tym w komunikacji i przetwarzaniu informacji kwantowej. Na razie jest to potencjalny kierunek rozwoju, a zespół planuje testy z dokładniejszą kontrolą ruchu oraz z wieloma pływakami poruszającymi się jednocześnie.
Słownik artykułu
Krótkie objaśnienia terminów występujących w tekście. Każde hasło prowadzi do szerszej definicji i przykładów użycia.
Układ światła, w którym fotony mogą wzajemnie na siebie oddziaływać i zachowywać się podobnie do cząstek płynu.
Zasada mówiąca, że wzajemne oddziaływania dwóch obiektów mają taką samą wartość i przeciwny kierunek.
Oddziaływanie, w którym wzajemny wpływ dwóch elementów nie ma takiego samego charakteru w obu kierunkach.
Brak komentarzy. Bądź pierwszy!