Левитационный луч исследует границу между квантовым и классическим миром

Лазерные лучи используются для улавливания стеклянных сфер в необычном взаимодействии.

Квантовая механика лежит в основе всей реальности, но на нашем уровне — в так называемом классическом мире — мы не можем этого заметить. Разница настолько разительна, что эти миры кажутся отдельными измерениями. Границу между ними сложно исследовать, поскольку объекты и взаимодействия могут быть легко объяснены тем или иным способом. Однако исследователи использовали установку, похожую на нечто из научной фантастики, чтобы одновременно наблюдать классические и квантовые явления.

Тяговые лучи, использующие свет или звук, существуют уже некоторое время. Лазеры могут создавать оптические пинцеты — разработка, за которую физик Артур Ашкин получил Нобелевскую премию в 2018 году, — позволяющие перемещать и улавливать мелкие объекты с помощью света.

Целью нового эксперимента были две электрически заряженные стеклянные наносферы, которые улавливались лазерами разных цветов. Разные цвета означают разные частоты, поэтому эти сферы колеблются вокруг очень специфических точек равновесия, определяемых лазерами. Электрический заряд заставляет их влиять друг на друга, и вся установка демонстрирует смесь классического и квантового поведения, которое необходимо учитывать для полного понимания происходящего.

«Эти наноосцилляторы относятся к редким системам, в которых мы можем исследовать поведение макроскопических объектов в строго контролируемых условиях», — заявил ведущий автор исследования Франческо Марин из Флорентийского университета и Национального института оптики Национального исследовательского совета (CNR-INO).

«Сферы электрически заряжены и взаимодействуют друг с другом, поэтому траектория одной сферы сильно зависит от другой. Это открывает путь к изучению коллективно взаимодействующих наносистем как в классическом, так и в квантовом режимах, позволяя экспериментально исследовать тонкую границу между этими двумя мирами».

С помощью лазеров две сферы были размещены на расстоянии всего 9 микрон друг от друга. Расстояние крошечное, но достаточное для проявления всех интересных взаимодействий. Две наносферы были связаны своим электрическим зарядом и могли двигаться вдоль оси пинцета, образуя весьма интригующую колебательную систему.

Команда считает, что эта экспериментальная установка может значительно расширить наше понимание сильно связанных осцилляторов в классическом и квантовом мирах. Это также может быть перспективным для улучшения лазеров и других устройств, использующих оптические резонаторы.

Исследование опубликовано в журнале Optica.