Czym właściwie jest laser fononowy?
Tradycyjne lasery, znane od lat 60., operują fotonami, cząstkami światła. Dzięki nim mamy dziś skanery w sklepach czy nowoczesne operacje oczu. Jednak naukowcy poszli o krok dalej i zaczęli kontrolować inne cząstki w tym fonony.
Fonony to kwanty drgań, które można traktować jako „cząstki dźwięku”. Ich kontrolowanie pozwala badać zjawiska związane z mechanika kwantowa w zupełnie nowy sposób, wykorzystując m.in. zjawisko splątania.
Przełom: kontrola na poziomie nanoskali
Zespół badaczy z University of Rochester oraz Rochester Institute of Technology opracował tzw. „ściśnięty” laser fononowy. Umożliwia on niezwykle precyzyjne sterowanie fononami na poziomie nanometrycznym.
Kluczowe było tu wykorzystanie tzw. optycznej pęsety, narzędzia, które pozwala „chwytać” i kontrolować pojedyncze cząstki za pomocą światła. To właśnie dzięki niej naukowcy byli w stanie zmusić fonony do zachowywania się jak uporządkowana wiązka lasera.
Największy problem: szum
Każdy laser, nawet ten najbardziej stabilny, w rzeczywistości podlega mikroskopijnym fluktuacjom. To one generują tzw. szum, który utrudnia bardzo dokładne pomiary. Zespół kierowany przez Nick Vamivakas znalazł sposób, by znacząco ten problem ograniczyć. Dzięki odpowiedniemu „sterowaniu” światłem udało się zredukować tzw. szum termiczny w laserze fononowym. Wynik eksperymentu to dokładniejsze pomiary niż w przypadku technologii opartych na klasycznych laserach czy falach radiowych.
Co to zmienia? Możliwe zastosowania
Potencjał tej technologii jest ogromny. Jednym z najbardziej ekscytujących zastosowań są tzw. kompasy kwantowe, systemy nawigacji, które nie potrzebują satelitów, w przeciwieństwie do GPS. Dzięki ekstremalnej czułości laserów fononowych możliwe będzie dokładniejsze mierzenie grawitacji, wykrywanie subtelnych zmian przyspieszenia, czy tworzenie systemów nawigacji odpornych na zakłócenia. To szczególnie ważne w sytuacjach, gdzie GPS zawodzi np. pod wodą, w kosmosie czy w warunkach zakłóceń elektromagnetycznych.
Krok w stronę przyszłości fizyki
Badania opublikowane w Nature Communications pokazują, że kontrolowanie fononów może być równie przełomowe, jak kiedyś opanowanie światła w laserach. Dzięki wsparciu National Science Foundation naukowcy rozwijają technologię, która może nie tylko ulepszyć istniejące systemy pomiarowe, ale też pomóc odpowiedzieć na fundamentalne pytania o naturę rzeczywistości. Jedno jest pewne, era „laserów dźwięku” dopiero się zaczyna.
Źródło: University of Rochester
