Fenomén Hvězdných válek za sebou zanechal sny mnohých fanoušků, kteří zatoužili po světelném meči. Doposud se zbraň Jedi zdála jako sci-fi a porušení fyzikálních zákonů, jak je známe. Problém nastává s částicemi – fotony. Všechno elektromagnetické vlnění, od radiových vln po záření gama je kvantováno na fotony, jež popisuje vlnová délka, frekvence,energie a hybnost.

Když však provedeme jednoduchý test – vezmeme dvě svítilny a namíříme je proti sobě, stane se něco? Ne, nestane se nic. Což je právě problém fotonů. Kontakt dvou fotonů nevyvolává žádnou reakci, tak jak je tomu u pevných hmot, když do sebe narazí.

Nyní však vědci z Massachusetts Institute of Technology (Vladan Vuletic) a Harvardu (Michail Lukin) přišli na to, jak spojit až tři fotony. Je to sice jen počátek výzkumu, ale pro milovníky Hvězdných válek svitla naděje. Tato technologie by velice pomohla ve všem, kde se využívá fotonů, jako např. fotonových kvantových počítačů, přenos informací pomocí optických kabelů, atd.

Ve fyzikálních podmínkách, jaké nám jsou zatím známy, je nutné pro stanovení hmotnosti částice interakce této částice s Higgsovým polem. Vakuové Higgsovo pole je zodpovědné za spontánní narušení kalibrační symetrie základních interakcí a poskytuje Higgsův mechanismus pro generování hmotnosti elementárních částic.

Váhu fotonu neumíme určit, protože tato částice neporušuje Higgsovo pole. To je i důvod, proč dokážou fotony procházet skrz sebe, viz příklad s dvěma svítilnami.

Jak výzkumnící spojily tři fotony?

Cílem bylo, aby se fotony začaly chovat alespoň podobně jako normální částice. Za tím účelem vytvořil Vuletic a Lukin experimentální projekt. V tomto projektu použili laser, který svítí přes velmi chladné atomy. Pro tyto účely byl použit oblak atomů rubidia, který je zchlazený na miliontinu stupně, těsně nad absolutní nulou. Při této teplotě se totiž atomy rubidia přemisťují.

Přes tyto atomy rubidia prochází fotony z laseru. Na druhé straně se pak fotony měří speciálním detektorem. 

Překvapivý objev nastal při analýze výstupu, kdy Vuletic a Lukin zjistili, že fotony byly pevně spojeny ve skupinkách po třech. Dokonce získaly i velmi malou hmotnost. Spojením fotonů do těchto tripletů došlo i k výraznému zpomalení, a to 100 000-násobně, než je běžná rychlost fotonu činící 300 000 km/s.

Vznik Polaritonu

Výzkumníkům se povedlo i formulovat teorii, která vysvětluje příčinu vzniku tripletů fotonu. Během tohoto výzkumu se zjistilo, jak je vůbec možné, že něco takového vznikne. Foton v podstatě přeskočí z jednoho atomu rubidia na druhý, zatímco foton je "na" atomu rubidia, může vytvořit hybridní atomový foton nazvaný polariton. 

Pokud se v oblaku vytvoří více polaritonů, mohou vzájemně reagovat jeden na druhý prostřednictvím rubidiaového prvku. Když rubidiové atomy dorazí k okraji oblaku, zastaví se a neopustí ho, zatímco stále spojené fotony ho opouštějí. Podle výzkumníků se celý tento proces odehraje v řádu miliontin sekundy.

To podstatné, co výzkum přinesl, je zjištění, že fotony dokáží mezi sebou být ve vzájemné interakci, což bylo do dnešních dní nemyslitelné. Vuletic a Lukin výrazně posunuly vývoj kupředu. Triplety fotonů jsou totiž daleko lepšími nositeli informace.

Celý výzkum je zatím v počátcích a sami výzkumníci nevědí, co dalšího od svého výzkumu mohou očekávat. Zkusí však vyzkoumat jaké další interakce, spojení a využití může tento objev přinést. Výzkumníci zatím ani neuvedli, zda jsou schopni spojené fotony zase rozpojit