宇宙中的每种原子都有一个独特的指纹：它只吸收或发射与其电子允许轨道相匹配的特定能量的光。该指纹使科学家能够在任何地方识别原子。外太空中的氢原子以与地球上相同的能量吸收光。
虽然物理学家已经了解了电场和磁场如何操纵这种指纹，但构成它的特征数量通常保持不变。在7月3日发表在“ 自然 ”杂志上的研究中，芝加哥大学的研究人员通过用激光振动电子以在新能源上创造“分子”特征来挑战这种模式 - 这一突破让科学家们创造了部分原子和部分光的混合粒子，有各种各样的新行为。
该研究是Assoc的更大努力的一部分。Jonathan Simon教授的实验室打破物质和光之间的隔离墙，以研究它们的基本属性。除了了解材料在量子水平上的表现之外，这项工作有朝一日可以帮助创建更强大的计算机或几乎“不可撼动”的量子通信。
将物质从光中照射出来的一个步骤就是使像光子一样的单个光束像物质一样相互作用。(通常光子以光速拉伸，根本不会相互反应。)
“为了使光子相互碰撞，我们使用原子作为中间人，”负责研究的博士后研究员Logan Clark说。“但是我们遇到了一个问题，因为光子只与电子轨道处于非常特殊能量的原子相互作用。所以我们问：如果我们能用我们想要的任何能量制作轨道的副本怎么办?”
克拉克已经开发了通过摇动它来操纵量子物质的技术 - 被称为Floquet工程 - 作为他的博士学位的一部分。项目。正确的振动自然会产生沿途多种能量的量子态复制品。“我们一直认为副本是副作用而不是目标，”他说，“但这一次，我们以制作副本的特定意图震撼了我们的电子。”
通过改变精确调谐到原子共振的激光场的强度，该团队能够改变电子的轨道。通过周期性地改变该强度来振动轨道产生了期望的拷贝。
但是，这些分散物有一个重要的标题：“虽然原子轨道确实出现在多个不同的能量上，但重要的是要注意这些副本实际上与原始的木偶一样，”博士后研究员Nathan Schine解释说，他是合着者。研究。“当任何副本移动时，原始副本和所有其他副本随之移动。”
通过允许光子与这些摇动的原子相互作用，该团队创造了他们所谓的“Floquet极化子” - 准粒子，它是部分光和部分原子，与常规光子不同，相互作用非常强烈。这些相互作用对于从光中制造物质至关重要。制作具有摇动原子的极化子可以使极化子更灵活地以新的方式移动并相互碰撞。
“Floquet极化子充满惊喜;我们仍然继续更好地理解它们，”Clark说。“但是，我们的下一个业务目标是使用这些碰撞光子来制作光的拓扑”液体。这是一个非常激动人心的时刻。“
拥有多个能量的原子态副本也为光学频率转换提供了令人兴奋的可能性 - 这是创建安全量子通信方法的关键工具。
“事实证明，震动事物不仅有很多乐趣，而且可以带来一些非常吸引人的科学，”克拉克说。