Вперше в історії фізики перетворили світло на твердий стан матерії

Міжнародна команда фізиків уперше змогла перетворити світло на надтвердий стан — форму матерії, яка поєднує властивості твердого тіла й надрідкої рідини. Відкриття, опубліковане в журналі Nature, може стати важливим кроком для квантової фізики, фотоніки та науки про матеріали.

Надтверді стани — це парадоксальна форма матерії, що має впорядковану кристалічну структуру, як у твердих тіл, але водночас здатна текти без опору, подібно до надрідин. Раніше такі явища спостерігали лише у надхолоджених атомних газах при температурах, близьких до абсолютного нуля. Створення надтвердого стану зі світла змінює уявлення про природу матерії та енергії.

Дослідження провели Дімітріс Трипогеорґос та Даніеле Санвітто з Національної дослідницької ради Італії. Вони спрямували лазерний промінь на структуру з арсеніду галію, поверхня якої мала спеціальні наноребра. У результаті взаємодії утворилися поляритони — гібридні частинки світла й матерії, що поводилися як надтверде середовище. У межах експерименту вони сформували впорядковану ґратку, зберігаючи здатність рухатися без в’язкості. «Ми фактично зробили світло твердим тілом. Це просто неймовірно», — зазначив Трипогеорґос.

Система у взаємному та координатному просторі. Джерело: Nature

Це перший випадок створення надтвердої форми з фотонів. На відміну від систем, що потребують наднизьких температур, світловий надтвердий стан може бути стійкішим і керованішим. Це відкриває перспективи для квантових обчислень, адже фотонні надтверді структури можуть стати стабільнішою платформою для кубітів — основних одиниць квантової інформації. Крім того, технологія здатна вдосконалити оптичні схеми нового покоління, забезпечуючи швидші та ефективніші фотонні пристрої.

Команда планує продовжити експерименти, щоб краще контролювати поведінку надтвердого світла та дослідити його потенціал у квантових системах і нових матеріалах. У перспективі це відкриття може змінити уявлення про взаємодію світла й матерії та започаткувати новий етап у розвитку квантової інженерії.