光子与成对原子的首次相互作用

据物理学家网26日报道，瑞士洛桑EPFL的物理学家首次发现了一种让光子与成对原子相互作用的方法。这一突破有望推动量子技术的发展。这项研究发表在最新一期的《自然》上。

研究人员说，要走向基于量子物理的技术时代，我们必须首先掌握光和物质之间的相互作用，甚至更严格地说，光和原子之间的相互作用。腔量子电动力学(QED)在一定程度上实现了这一点。QED在单个量子水平上研究光与物质的相互作用，是引领量子技术发展的前沿领域，已应用于量子网络和量子信息处理。然而，目前光与物质的相互作用仅限于单个原子，这限制了我们在复杂系统中研究它们的能力。

在最新的研究中，由EPFL基础科学学院的让菲利普布兰特领导的团队发现了一种在超低温下将光子与成对原子“混合”的方法。

研究人员使用了一种叫做费米气体的物质，它是由原子组成的。布兰特解释说：“在没有光子的情况下，费米气体可以在原子相互作用非常强的状态下制备。在这种情况下，这些原子将形成松散的结合对。当光进入气体时，其中一些可以通过吸收光子而变成化学键合的分子。”

研究人员说，这种新效应的关键是“相干性”，这表明光子可以被吸收，将一对原子变成一个分子，然后光子被释放出来，然后被多次重新吸收。这意味着双光子系统形成了一种新型粒子——“双极化子”。这些混合极化子对具有光子的一些特性，这表明它们可以用光学方法测量。

Brantut说：“费米气体的一些非常复杂的性质被转换成光学性质，甚至可以在不干扰系统的情况下直接测量。它有望在未来应用于量子化学领域，因为我们已经证明了一些化学反应可以通过单光子相干产生。”