Квантовая теория поля (КТП) — это физическая концепция, описывающая поведение частиц и сил на основе принципов, основанных на квантовой механике и теории относительности Альберта Эйнштейна. Эта концепция предсказывает возникновение различных удивительных эффектов в искривлённом пространстве-времени, включая излучение Хокинга.
Излучение Хокинга — это тепловое излучение, которое, согласно теории, должно испускаться чёрными дырами вблизи горизонта событий (границы вокруг чёрной дыры, после которой гравитация становится слишком сильной, чтобы что-либо могло вырваться). Поскольку установление существования излучения Хокинга и проверка других предсказаний КТП в космосе в настоящее время невозможны, физики пытаются найти физические системы, которые могли бы имитировать аспекты искривлённого пространства-времени в экспериментальных условиях.
Исследователи из Университета Сорбонны недавно определили новую многообещающую экспериментальную платформу для моделирования КТП и проверки её предсказаний. Их предложенный симулятор КТП, описанный в статье, опубликованной в журнале Physical Review Letters, состоит из одномерной квантовой жидкости, состоящей из поляритонов — квазичастиц, возникающих в результате сильного взаимодействия между фотонами (частицами света) и экситонами (связанными парами электронов и дырок в полупроводниках).
Сотрудничество лазеров для единого излучения света
Вертикально-излучающие поверхностно-излучающие лазеры (VCSEL) известны своей способностью легко интегрироваться в полупроводниковые чипы. Они используются во всём: от компьютерных мышей до оборудования для сканирования лиц в смартфонах. Однако эти устройства всё ещё являются активной областью исследований, и многие исследователи считают, что существуют важные приложения, которые ещё предстоит открыть.
Лаборатория Кента Шоке, профессора электротехники и вычислительной техники в Инженерном колледже Грейнджера при Университете Иллинойса в Урбане-Шампейне, разработала новый дизайн, в котором свет от нескольких VCSEL объединяется, образуя единый когерентный узор, называемый «супермодом».
Результат — управляемый узор, более яркий, чем то, что возможно с помощью массива независимых устройств, что расширяет возможности этих и без того универсальных устройств.
Обычно VCSEL индивидуально управляются с помощью электрических сигналов, что затрудняет координацию когерентного луча по лазерным резонаторам. Исследователи предложили конструкцию, в которой используется фотонный кристалл, соединяющий соседние VCSEL.
Таким образом, хотя они электрически независимы, они действуют синхронно оптически. Это позволяет контролировать обе полости таким образом, чтобы получить один из двух заранее определённых коллективных узоров, или супермодов.
Подробности конструкции, включая использование специального «антиуправляемого» кристалла для достижения оптической связи, были изучены Дэном Пфлугом, аспирантом Инженерного колледжа Иллинойса в лаборатории Шоке и ведущим автором исследования.
Команда из Иллинойса передала проект компании Dallas Quantum Devices, где в литейном процессе было изготовлено работающее устройство, продемонстрировав, что конструкция может быть практически реализована.