Световые и высокочастотные акустические звуковые волны, запертые в крошечной стеклянной структуре, могут начать сливаться друг с другом, исполняя в результате сложный танец.
Команда исследователей из Имперского колледжа Лондона (Оксфордский университет) и Национальной физической лаборатории экспериментальным путем смогла продемонстрировать так называемый «режим сильной связи» между световыми и высокочастотными акустическими колебаниями.
Новое исследование ученых может повлиять на классическую и квантовую обработку информации, а также на тестирование квантовой механики в больших масштабах. Подробности этой научной работы опубликованы вчера, 21 декабря, в престижном журнале Optica.
Центральное место в исследовании команды занимают «резонансы моды шепчущей галереи», когда свет многократно отражается от поверхности крошечной круглой стеклянной структуры, показанной на изображении выше.
Это явление названо в честь эффекта, который наблюдался в соборе Святого Павла в девятнадцатом веке, когда можно было шептаться вдоль стены круглого здания галереи и быть при этом услышанным с другой стороны.
«Удивительно, что эти стеклянные кольцевые резонаторы могут хранить чрезмерное количество света, которые способны “встряхивать” молекулы в материале и генерировать акустические волны», – отметил соавтор проекта доктор Паскаль Дель Хей из Национальной физической лаборатории.
Поскольку свет циркулирует по окружности стеклянной структуры, он взаимодействует с 11-гигагерцевой акустической вибрацией, которая вызывает рассеивание света в обратном направлении. Это взаимодействие позволяет обмениваться энергией между светом и звуком с определенной скоростью. Тем не менее, как световое, так и звуковое поле постепенно затухают из-за процессов, похожих на трение, не позволяя свету и звуку танцевать.
Команда преодолела эту проблему, использовав два «резонанса моды шепчущей галереи» и достигнув скорости связи, которая превышает процессы, подобные трению. Это позволило им наблюдать за сигнатурами светозвукового танца.
Ведущий автор проекта Георг Энзян из Оксфордского университета сказал следующее: «Достижение режима сильной связи являлось для нас очень волнующим моментом». Профессор Ян Уолмсли, соавтор исследования и проректор Имперского колледжа Лондона, добавил: «Новая экспериментальная платформа обладает невероятными краткосрочными и долгосрочными перспективами».
Забегая немного вперед, стоит отметить, что команда сейчас работает над новым поколением данных экспериментов, которые будут проведены при температурах, близких к абсолютному нулю. «Это позволит исследовать и использовать высокочувствительное квантово-механическое поведение для разработки новых квантовых технологий», – отметил доктор Майкл Ваннер из лаборатории квантовых измерений в Имперском колледже Лондона.