Замирающий фотон

Наука и технологии
«Эксперт» №4 (264) 29 января 2001
Нашумевшие эксперименты по замедлению скорости света открывают новые возможности для создания квантового компьютера

В середине января в мировых СМИ прокатилась волна публикаций, посвященных очередной громкой научной сенсации: двум независимым группам физиков, работавшим в США, удалось полностью остановить в специальной среде луч света. Многие издания, находясь под впечатлением от эффектного словосочетания "остановленный свет", пустились во все тяжкие, сливая в одном флаконе всевозможные научно-фантастические концепции вроде скорой остановки времени и полной ревизии теории относительности.

Между тем, если попытаться разобраться в существе вопроса, воздерживаясь от ненужных эмоций, на выходе получается пока не так уж много - безусловно, достигнутые в США результаты являются большим успехом современной науки, однако, во-первых, они вовсе не сотрясают ее основы, оставляя нетронутым аксиоматический фундамент нынешней физики, а во-вторых, их можно считать, хотя и наиболее громким, но лишь одним из ряда достижений в стремительно развивающейся научной области - нелинейной оптике.

Семнадцать метров в секунду

По словам профессора из Texas A&M University (College Station, штат Техас) и ведущего научного сотрудника Института прикладной физики (Нижний Новгород) Ольги Кочаровской, одного из крупнейших специалистов в области нелинейной оптики, бум, связанный с использованием специальных газовых сред для изменения привычных свойств света, начался в самом конце 80-х годов, когда с интервалом в месяц в научной литературе появились сразу три публикации, посвященные этому перспективному направлению современной физики. Интерес, проявленный учеными к новой сфере, оказался велик: только за последние пять лет в различных специализированных изданиях было опубликовано более 250 статей по данной тематике.

Первым практическим доказательством эффективности теоретических моделей, активно разрабатывавшихся различными группами ученых на протяжении последнего десятилетия, стали эксперименты датчанки Лин Хау и ее сотрудников (Rowland Institute for Science и Harvard University, Cambridge, Massachusetts), проведенные в начале 1999 года, в ходе которых удалось замедлить скорость световой волны (около трехсот тысяч километров в секунду для вакуума) в натриевом газе более чем на шесть порядков - до 17 метров в секунду. Для этого физики предварительно охлаждали натрий, помещенный в электромагнитное поле, до сверхнизкой температуры - одной пятидесятимиллионной градуса по Кельвину (т. е. практически до абсолютного нуля или до -273,15 градуса по Цельсию). При этих условиях вещество превращается в так называемый конденсат Бозе-Эйнштейна.

В этом конденсате импульсы "замороженных" атомов стремятся к нулю, что приводит, согласно знаменитому соотношению неопределенностей Гейзенберга, к "размазыванию" их точного местоположения. В результате, атомы как бы перекрываются со своими соседями, образуя "суператом" с одной, общей для всех частиц волновой функцией. Одно из важнейших свойств таких "суператомов" - их способность быть прозрачными для световых лучей строго определенных длин волн. Используя оригинальн