光子与成对原子首次实现相互作用

研究人员称，迈向基于量子物理的技术时代，首先必须掌握光与物质之间甚至更严格地说是光与原子之间的相互作用。腔量子电动力学（QED）在一定程度上已经实现了这一点，QED在单量子层次上研究光和物质相互作用，是引领量子技术发展的前沿领域，现已被用于量子网络和量子信息处理等领域。尽管如此，目前光与物质的相互作用仅限于单个原子，这限制了我们在复杂系统中研究它们的能力。

在最新研究中，EPFL基础科学学院的让·菲利普·布兰图特领导的团队发现了一种让光子在超低温下与成对原子“混合”的方法。

研究人员使用了被称为费米气体的物质，这种物质由原子构成。布兰图特解释道：“在没有光子的情况下，费米气体可以在原子相互作用非常强烈的状态下制备，在此情况下，这些原子会形成松散的结合对，当光进入气体时，其中一些原子对可以通过吸收光子而变成化学结合的分子。”

研究人员表示，这种新效应的关键是“相干”发生的，表明光子可以被吸收，将一对原子变成一个分子，然后光子被释放出来，之后被多次重新吸收。这意味着双光子系统形成了一种新型粒子——“双极化子”。而这些混合极化子对拥有光子的某些特性，这表明它们可以用光学方法测量。

布兰图特说：“费米气体的一些非常复杂的性质被转化为光学性质，可以直接测量，甚至不会干扰系统，未来有望被用于量子化学领域，因为我们证明了一些化学反应可以用单光子相干产生。”