ידענים: אופטיקה

מאת 30 באפריל 2016 4 תגובות

ד"ר עופר פירסטנברג, שהצטרף באחרונה לסגל המחלקה לפיסיקה של מערכות מורכבות במכון ויצמן למדע, דיווח לא מכבר על ניסוי שבמסגרתו הצליח, יחד עם שותפיו למחקר, לגרום להיווצרות צמדי פוטונים, מעין "מולקולות של אור"

פוטונים. איור: shutterstock

פוטונים. איור: shutterstock

חלקיקי אור, פוטונים, אינם נוטים לחיי חברה פעילים מדי. גלאי פוטונים שמודד את האור אשר מגיע אליו, למשל, מקרן לייזר, מדווח על חלקיקי אור בודדים, המגיעים בזמנים אקראיים שאינם תלויים זה בזה. אבל ד"ר עופר פירסטנברג, שהצטרף באחרונה לסגל המחלקה לפיסיקה של מערכות מורכבות במכון ויצמן למדע, דיווח לא מכבר על ניסוי שבמסגרתו הצליח, יחד עם שותפיו למחקר, לגרום להיווצרות צמדי פוטונים, מעין "מולקולות של אור".

ד"ר עופר פירסטנברג. קרן לייזר. צילום: מכון ויצמן

ד"ר עופר פירסטנברג. קרן לייזר. צילום: מכון ויצמן

צמדי הפוטונים נוצרו, למעשה, כאשר קרן הלייזר עברה דרך גז דליל וקר, שיצר מעין כוח משיכה בין הפוטונים. כלומר, תכונותיו הייחודיות של חומר התווך הזה גרמו לכך שכדי להגיע למצב האנרגיה הנמוך ביותר האפשרי (שאליו שואף כל חלקיק), לפוטונים "כדאי" להתקרב זה לזה, וליצור צמדים.

במעבדתו של ד"ר פירסטנברג, במכון ויצמן למדע, הוא מתכנן לבנות שתי מערכות שייצרו "מולקולות של אור": במערכת אחת יהיה חומר התווך שיוצר את התנאים להתקרבות הפוטונים זה לזה קר מאוד, ואילו המערכת השנייה תפעל בחום החדר.

"למעשה", אומר ד"ר פירסטנברג, "אנחנו משגרים שתי אלומות של קרני לייזר. קרן אחת היא בעלת עוצמה גדולה יחסית, והיא יוצרת מעין מנהרה בגז של חומר התווך. התווך במנהרה שקוף פי מיליארד מהתווך שמחוץ לה, ואנו קוראים לזה 'שקיפות מושרית חשמלית'. לאחר מכן מגיעה קרן הלייזר החלשה, שהפוטונים שלה נעים לאט במנהרה (כמיליונית ממהירות האור הרגילה). פוטונים אלה פוגעים באטומי הגז, ומנדנדים ביעילות את האלקטרונים שבהם. במצב זה, האלקטרונים של אטומי הגז מתרחקים מאוד מגרעין האטום. אטומים במצב זה קרויים 'אטומי רידברג', והם גדולים אלפי מונים מאטומים במנוחה".

כאשר זוג של אטומים בגז חומר התווך מעוּררים על-ידי זוג פוטונים של קרן הלייזר החלשה, האלקטרונים המתנודדים מתנהגים כזוג אנטנות שביניהן פועל כוח. הכוחות הממשיים הללו מיתרגמים למשיכה בין הפוטונים, דבר שגורם להיווצרות צמדי הפוטונים.

מחקר זה עשוי לשפוך אור חדש על תכונותיו של האור בעולם הקוונטי ועל חלקיקי האור, פוטונים; למשל, במה שונה השפעתם של הכוחות בין הפוטונים מהשפעת הכוחות הממשיים בין חלקיקי החומר בטבע. "ייתכן שבדרך זו נגלה תופעות פיסיקליות חדשות", מוסיף ד"ר פירסטנברג. בינתיים יכולה מערכת כמו זו שהוא בונה במעבדתו שבמכון, המסוגלת ליצור "רכבת מסודרת של פוטונים", לסייע במאמצים למדוד גלי כבידה באמצעות מדידה אופטית.

אישי

ד"ר עופר פירסטנברג נולד וגדל בראשון לציון. במהלך שירותו הצבאי בתוכנית "תלפיות" למד לתואר ראשון בפיסיקה באוניברסיטה העברית בירושלים, ולאחר מכן המשיך לתואר שני ושלישי בטכניון. את מחקרו הבתר-דוקטוריאלי ביצע בהרווארד וב-MIT. באוגוסט 2014 חזר לארץ והצטרף לסגל מכון ויצמן למדע.

4 תגובות ל “מולקולות של אור”

  1. רונן

    שמעון, אכן מהירות האור יורדת כאשר פוטונים עוברים דרך תווך צפוף (נוזלים, מוצקים שקופים ועוד) – הרי בלעדי אפקט זה לא הייתה נוצרת קשת בענן. מצד שני, החוקרים מדווחים על – ציטוט: "הפוטונים שלה נעים לאט במנהרה (כמיליונית ממהירות האור הרגילה)" – שזו ירידת דרסטית ואדירה במהירות האור. זה נראה לי כמו מדידה לא נכונה, כי הפוטונים האלה פשוט איטיים מדי.
    דבר נוסף: איזה כוח מחזיק את הפוטונים כצמד? הם הרי אינם נמשכים זה לזה באף אחד מארבעת כוחות הטבע; ואם אפשר צמד – למה לא לייצר CLUSTER של עשרות או אלפי פוטונים כאלה? ההשלכות המדעיות והיישומיות של מקבץ כזה (הרבה פוטונים הנעים ביחד כגוף יחיד) הן אינסופיות!!! לדוגמא, האם מקבץ של מספר פוטונים מקנה להם תקשורת ביניהם במהלך תנועתם? האם מניפולציה על פוטון יחיד מתוך צבר פוטונים כזה ישנה את תכונות שאר הפוטונים שלידו? מהן ההשלכות על המכניקה הקוונטית ועל תורת היחסות?

  2. שמעון

    יוסי
    קודם כל תודה על ההערה החשובה.
    יש לך הפניות למחקרים שמתארים את התופעות של מעבר אור דרך תווך של חומר מעובה ?
    תודה.

  3. יוסי

    הכתבה מפספסת נקודה חשובה. אחד החידושים בפוטונים המגיבים ביחד חזק הוא הכנסת הפיזיקה של חומר מעובה, ושל גז או נוזל פוטונים במקביל לגז יונים. מי שקורא את התקציר של אחד המנחים לפוסט-דוק בהרווארד מבין את זה בחצי עמוד. היישומים: העברת מידע, מחשוב קוונטי, חקר תופעות בסיסיות, ועוד.

הוספת תגובה

  • (will not be published)