Ученые «поймали свет в бутылку», заставив электромагнитные колебания отклониться от нормального направления, чтобы изучить взаимодействие фотонов с отдельными атомами.

Сужения по краям стеклянной "бутылки", диаметр которой примерно вдвое меньше толщины человеческого волоса, не дают свету покинуть микрорезонатор.
Лазерный луч с нормальной (поперечной) поляризацией попадает в "бутылку", рядом с которой присутствуют атомы рубидия.
Поляризация света, "пойманного в бутылку", имеет продольную составляющую. Концы векторов напряженности движутся не по винтовой линии, как в случае поперечной круговой поляризации, а по более сложной циклоиде.

Со школьной скамьи нам известно — колебания электромагнитных волн происходят перпендикулярно направлению распространения луча. Но ученые из Венского технического университета умеют получать фотоны, не вписывающиеся в рамки этого утверждения. Для этого им приходится «загонять свет в бутылку».

На самом деле в этом трюке нет ничего невероятного: «бутылка» представляет собой оптический микрорезонатор, утолщение стекловолокна, в котором луч, непрерывно отражаясь от внутренних поверхностей, может сделать около 30 000 оборотов — и задержаться на десяток наносекунд.

При этом колебания векторов напряженностей электрического и магнитного полей происходят не так, как обычно. Как правило, направление этих колебаний (на основании которого можно говорить о поляризации) перпендикулярно световому лучу. Так винт летящего горизонтально самолета вращается в плоскости, перпендикулярной направлению полета. Но «свет в бутылке» в этом отношении больше напоминает летящий горизонтально вертолет: поляризация его фотонов имеет продольную (совпадающую с направлением распространения) составляющую.

Оптический резонатор был использован для изучения взаимодействия «пойманных» фотонов с отдельными атомами рубидия, помещенными вблизи «бутылки». Присутствие фотонов с «вертолетной» поляризацией, как показали ученые, существенным образом влияет на поведение подобной системы, приводя к возникновению сильного взаимодействия между фотонами и атомами. Этот эффект может быть использован как для изучения фундаментальных свойств частиц, так и для создания квантово-механических устройств: например, сверхчувствительных датчиков, способных «заметить» одиночный атом по его влиянию на поведение фотонов, или маршрутизаторов для будущих квантовых компьютеров, где атом играет роль «переключателя», управляющего потоком фотонов.

По пресс-релизу Technische Universität Wien