激光网 1 月 17 消息，原子可以吸收和重新发射光——这是一种日常现象。然而，在大多数情况下，原子会向所有可能的方向发射光粒子——因此，重新捕获这个光子是相当困难的。
来自维也纳维也纳工业大学的一个研究小组现在已经能够在理论上证明，使用特殊的透镜，一个原子发射的单个光子可以保证被第二个原子重新吸收。不过，第二个原子不仅吸收光子，而且直接将其返回给第一个原子。这样一来，原子一次又一次地精确地将光子传递给彼此，就像乒乓球一样。
“如果一个原子在自由空间的某个地方发射光子，发射的方向是完全随机的。这使得另一个遥远的原子几乎不可能再次捕捉到这个光子，“维也纳工业大学理论物理研究所的Stefan Rotter教授说。“光子以波的形式传播，这意味着没有人能确切地说出它正在朝哪个方向传播。因此，光粒子是否被第二个原子重新吸收纯粹是偶然的。
如果实验不是在自由空间中进行的，而是在封闭的环境中进行的，情况就不同了。在声学中，所谓的耳语画廊也有一些非常相似的东西：如果两个人把自己放在一个椭圆房间里，正好在椭圆的焦点处，他们就能完美地听到对方的声音——即使只是小声地窃窃私语。
声波被椭圆形的墙壁反射，使它们再次相遇，恰好在第二个人站立的地方相遇——因此，这个人可以完美地听到安静的耳语。
“原则上，当将两个原子定位在椭圆的焦点上时，可以为光波建立类似的东西，”当前出版物的第一作者Oliver Diekmann说。“但在实践中，这两个原子必须非常精确地定位在这些焦点上。
因此，研究团队根据鱼眼透镜的概念提出了更好的策略，该策略由经典电动力学的创始人詹姆斯·克拉克·麦克斯韦开发。透镜包括空间变化的折射率。当光线在均匀的介质中以直线传播时，光线在麦克斯韦鱼眼镜头中弯曲。
“通过这种方式，可以确保从一个原子发出的所有光线在弯曲的路径上到达透镜的边缘，随后被反射，然后通过另一个弯曲的路径到达目标原子，”Oliver Diekmann解释道。在这种情况下，该效应比在简单的椭圆中更有效，并且偏离原子的理想位置的危害较小。
“这款麦克斯韦鱼眼镜头中的光场由许多不同的振荡模式组成。这让人想起演奏一种同时产生不同谐波的乐器，“Stefan Rotter说。“我们能够证明，原子和这些不同振荡模式之间的耦合可以以这样一种方式进行调整，即光子几乎可以肯定地从一个原子转移到另一个原子 - 与自由空间中的情况完全不同。
一旦原子吸收了光子，它就会处于更高的能量状态，直到它在很短的时间内重新发射光子。然后游戏重新开始：两个原子交换角色，光子从接收器原子返回到原始发送原子，依此类推。
这种效果已经在理论上得到了证明，但使用今天的技术可以进行实际测试。“在实践中，不仅使用两个原子，而且使用两组原子，可以进一步提高效率，”Stefan Rotter说。“这个概念可能是量子控制系统研究极强光-物质相互作用效应的一个有趣的起点。
这项工作发布在《物理评论快报》杂志上。
