Ученые продолжают игры со светом, свидетельствует журнал New Scientist Если пять лет назад им удалось притормозить фотоны, заморозив их так; что они стали двигаться со скоростью черепахи, то ныне они создали ловушки, способные удерживать свет сколь угодно долго…
Напомним суть дела. В свое время мы рассказали вам об уникальном эксперименте по торможению света (см. «ЮТ» № 9 за 1999 г.). Датчанка Лина Хау, работающая в Гарвардском университете, США, создала ловушку, способную притормозить фотоны до скорости движения мотоцикла. Для этого лазерный луч посылают в некий сосуд, где при температуре, близкой к абсолютному нулю, фотоны попадают в прозрачную среду, состоящую из замороженных атомов, и замедляют свое движение в 20 млн. раз!
Физики-экспериментаторы из того же Гарвардского университета в Кембридже, штат Массачусетс, сделали следующий шаг. Им удалось поймать импульс света и некоторое время удерживать его в специальной среде, а затем выпустить «на волю», разрешив лететь в том направлении, в котором хотели экспериментаторы. При этом квантовые состояния образующих импульс фотонов света и энергия импульса оставались неизменными. Таким образом, фактически исследователям удалось сохранить всю содержавшуюся в импульсе информацию.
В состав этой научной группы входили и два работающих сейчас в США российских физика — Александр Зибров и Михаил Лукин. Они пояснили, что данный эксперимент никоим образом не опровергает и не подрывает основ теории относительности Эйнштейна. Ни о какой остановке света, как сообщалось в первых газетных сообщениях, речи здесь не идет. По словам Александра Зиброва, в очень грубом приближении можно сказать, что импульс света оказался пойманным как бы в зеркальной камере, «стены» которой представляют собой идеальные отражающие поверхности. Они настолько хорошо отражают свет, что, меняя направление своего движения, фотоны, тем не менее, почти не теряют своей энергии.
Вот в такой ловушке и метался лазерный импульс, не останавливаясь, естественно, ни на мгновение. Потом, по команде экспериментаторов, одну из «стен» убрали, и импульс вырвался на свободу, унося с собой всю содержавшуюся в нем квантовую информацию.
Впрочем, при желании ныне можно заточить лазерный импульс и навечно. Это способна сделать еще одна ловушка, сконструированная Ричардом Брауном из британской Национальной физической лаборатории, расположенной в городе Теддингтон. Он создал почти идеальную модель абсолютно черного тела. Если вы заглянете в учебник физики, то узнаете, что физической моделью такого тела может послужить полая сфера с небольшим отверстием. Внутренние стенки этой сферы должны быть покрыты столь черной краской, что она бы смогла поглотить после нескольких отражений луч света полностью, без остатка, словно черная дыра. Именно такое покрытие, которое отражает в 10–20 раз меньше света, чем самая черная краска, и сумел создать Р.Браун. Пластину из никель-фосфорного сплава опустили в азотную кислоту. Жидкость забурлила, и через несколько секунд пластина стала чернее сажи.
Сама идея подобного чернения химическим травлением никель-фосфорного сплава появилась еще двадцать лет назад, говорит Браун. Однако первые попытки получить оптимальное соотношение никеля и фосфора, как и саму технологию, обеспечивающую уровень поглощения света выше, чем у черной краски, были неудачными. Пришлось провести исследования поверхности сотен пластин из различных сплавов под электронным микроскопом, прежде чем Ричард Браун и его коллеги поняли, в чем заключалась ошибка их предшественников. В итоге ученые разработали двухступенчатый метод, который позволяет получить самый черный цвет в мире.
На первом этапе объект, который надо зачернить, помещают на пять часов в раствор сульфата никеля и гипофосфита натрия. Возникает никель-фосфорное покрытие, содержащее пять-семь процентов фосфора. Затем поверхность протравливают азотной кислотой, которая и дает столь сильный эффект.
Остается ответить на главный вопрос: для чего физикам подобные «игрушки»? Оказывается, зеркальная ловушка может найти себе применение в качестве линии задержки в опто-волоконных схемах современной фотоники, идущей на смену электронике. Одним же из первых применений сверхчерного покрытия должны стать датчики системы астроориентации, которые помогают космическому кораблю оставаться на курсе за счет определения положения звезд на небосклоне.
Это лишь первые предложения. В дальнейшем, уверены ученые, новые ловушки найдут себе множество других применений.
Художник Ю. САРАФАНОВ
