實現把光和原子結合起來，產生新粒子！

宇宙中每一種原子都有一個獨特的特徵：原子只吸收或發射與電子軌道相匹配特定能量的光。這種指紋使科學家能夠在任何發現原子的地方對其進行識別，外層空間氫原子吸收的能量與地球上的氫原子相同。雖然物理學家已經了解了電場和磁場是如何操縱指紋的，但組成指紋的特徵數量通常保持不變。在發表在《自然》上的一項研究中，芝加哥大學研究人員挑戰了這一範式。

他們用激光震動電子，在新能源中創造了「二重身」的特徵——這是一項突破。讓科學家創造出具有多種新行為的混合粒子，這些粒子一半是原子，一半是光。這項研究是Assoc更大努力的一部分，喬納森·西蒙教授的實驗室試圖打破物質和光之間的牆，以研究它們的基本性質。除了了解材料在量子層面上的行為，這項研究有朝一日還可能幫助創造出更強大的計算機，或幾乎「不可破解」的量子通信。

從光中製造物質的過程中，有一個步驟是製造單個的光包，稱為光子，像物質一樣相互作用(正常情況下，光子以光速飛馳，彼此之間根本沒有反應)。領導這項研究的博士後研究員洛根·克拉克說：為了讓光子相互碰撞，使用原子作為「中間人」。但遇到了一個問題，因為光子只與電子軌道能量非常特殊的原子相互作用，所以，如果能以想要的能量複製軌道呢？克拉克已經開發了通過搖動量子物質來操縱量子物質的技術——稱為弗洛凱工程。

正確震動方式自然會產生具有多種能量的量子態。研究人員一直把複製看作是一種副作用，而不是目標，但這一次，搖動電子的目的是製造複製物。通過改變精確調諧到原子共振的激光場強度，研究小組能夠改變電子的軌道，通過周期性地改變這個強度來振動軌道，就產生了想要的副本。該研究的合著者、博士後研究員內森·辛尼(Nathan Schine)說：但這些二重身也帶來了一個重要的問題：雖然原子軌道確實以多種不同的能量出現。

但重要的是要注意，這些複製品實際上像木偶一樣與原件綁定在一起，當任何一份副本移動時，原件和所有其他副本也隨之移動。通過讓光子與這些振動的原子相互作用，研究小組創造了所謂的「弗洛凱極化子」——一種半輕半原子的准粒子，與普通光子不同，它們之間的相互作用非常強烈。這些相互作用對於從光中產生物質是至關重要的，用振動的原子製造極化子可以使極化子有更大的靈活性來移動和以新的方式相互碰撞。

Floquet polaritons充滿了驚喜，研究人員仍然在繼續更好地了解他們。不過，下一個任務是利用這些相互碰撞的光子製造光拓撲『流體』，這是一個非常激動人心的時刻。在多種能量下複製原子狀態也為光學頻率轉換提供了令人興奮的可能性——這是創建安全量子通信方法的關鍵工具。事實證明，搖晃物體不僅很有趣，還能帶來一些非常有趣的科學發現。

博科園｜研究/來自：芝加哥大學

參考期刊《自然》

DOI: 10.1038/s41586-019-1354-5

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