Fotonii sunt prinși comportându-se ca niște electroni supraconductori

Light este un fan al sistemului de prieteni. Fotonii, sau particulele de lumină, au fost observați schimbând energie cu partenerii. Acest comportament prietenos seamănă cu modul în care electronii se perechează în materialele care conduc curentul fără rezistență, cunoscute sub numele de supraconductori, raportează cercetătorii într-o lucrare acceptată în Scrisori de revizuire fizică.

Deși fotonii schimbă energie așa cum fac electronii, nu se știe dacă particulele sunt de fapt legate între ele așa cum sunt electronii și dacă fotonii ar putea produce un efect analog cu supraconductivitatea. „Aceasta este o ușă care este deschisă”, spune coautorul studiului Ado Jorio, fizician la Universidade Federal de Minas Gerais din Brazilia. Acum, spune el, întrebările care trebuie abordate sunt: ​​„Cât de departe putem împinge această similitudine? Putem găsi cu fotoni rezultate incredibile, așa cum găsim pentru electroni?”

În anumite materiale solide răcite la temperaturi extrem de scăzute, electronii formează parteneriate numite perechi Cooper (SN: 13.06.15, str. 8), care permit supraconductivitate să apară. Deși particulele încărcate negativ se resping de obicei una pe cealaltă, doi electroni se pot lega împreună prin schimbul de fononi sau pachete cuantice de vibrație, prin rețeaua de ioni din aceste materiale. Această alianță coordonează mișcările electronilor și, prin urmare, ușurează trecerea acestora prin material, permițându-le să curgă fără rezistență. Potențialele aplicații tehnologice ale supraconductivității – care includ transmisia de energie eficientă din punct de vedere energetic, magneți superputernici și trenuri care levita – au atras o grămadă de interes științific în acest fenomen.

Acum, Jorio și colegii săi au arătat că fotonii se comportă în mod similar cu electronii supraconductori. Când cercetătorii au strălucit cu un laser pe apă, perechile de fotoni care au apărut din lichid în același timp au avut tendința de a avea energii complementare. În timp ce un foton pierduse puțină energie, altul câștigase aceeași cantitate de energie, ceea ce indică faptul că fac schimb de vibrații cuantice. Efectul a apărut într-o varietate de materiale transparente, spune Jorio, și a fost observat la temperatura camerei, spre deosebire de împerecherea electronilor în supraconductori.

Echipa a arătat, de asemenea, că vibrațiile cuantice schimbate au fost „virtuale” – care apar doar pentru momente trecătoare – la fel ca vibrațiile schimbate de electroni. Teoria care explică interacțiunea „este exact aceeași ca și pentru electroni”, spune Jorio.

Oamenii de știință știau deja că fotonii pot pierde sau câștiga energie prin vibrații, dar asemănarea cu perechile Cooper este un mod nou și interesant de a gândi asupra efectului, spune fizicianul Ian Walmsley de la Universitatea Oxford, care nu a fost implicat în cercetare. „Este un domeniu care nu a fost încă explorat.”

Este încă prea devreme să știm cât de mult se extinde analogia cu electronii supraconductori, spune fizicianul Ben Sussman de la Consiliul Național de Cercetare din Canada din Ottawa, care nu a fost implicat în cercetare. Dar conexiunea pare că merită investigată: „Aceasta este într-adevăr o groapă interesantă.”