Свет внутри квантовой ловушки: ученые обнаружили необратимую потерю энергии при прохождении материи

В каталоге рекордов Гиннесса за Иваном Смалюком закреплена разработка самого прозрачного материала. Его лаборатория при Университете Колорадо в Боулдере создала гели, которые практически не преломляют свет, делая их прозрачнее обычного стекла. Это достижение, наряду с прогрессом в области волоконной оптики, создавало впечатление, что человечество движется к созданию абсолютно прозрачной субстанции. Однако группа теоретиков из Италии — Альберто Никколи, Федерико Пьяцца и Анджело Эспозито — показала, что такой результат физически недостижим. Они доказали, что любой материал, способный преломлять свет, неизбежно будет поглощать часть излучения.
Механизм этой необратимой потери энергии кроется в квантовом взаимодействии между светом и материей. Когда фотоны проходят через вещество, они не просто летят сквозь пустоту; они взаимодействуют с атомами среды. В идеальном материале, таким как сверхтекучий гелий при температуре, близкой к абсолютному нулю, атомы координированы квантово-механически и не создают хаотического сопротивления. Тем не менее, даже в таком совершенном состоянии существует канал, через который свет теряет энергию.
Эспозито описал этот процесс через аналогию с тем, как он ранее моделировал взаимодействие гипотетических тёмных фотонных частиц с ядрами атомов. Когда невидимая частица "подталкивает" атомное ядро, она передаёт ему часть своей энергии. Это "толчок" запускает крошечные колебания в среде — квантовый звуковой волне. В случае обычного света та же физика работает в обратном направлении: проходящий фотон может передать часть своей энергии атомной решётке, порождая эти микроскопические вибрации.