شناگر ساخته شده از نور کوانتومی قانون سوم نیوتن را زیر پا می گذارد

آزمایشگاه اپتیک کوانتومی

برای اکثر اجسام، برای هر عمل، واکنشی برابر و مخالف وجود دارد. اما اگر در رودخانه ای از نور کوانتومی در بالادست شنا می کنید، قوانین عادی اعمال نمی شوند. فیزیکدانان نشان داده‌اند که شکستن قانون سوم حرکت اسحاق نیوتن در چنین شرایطی می‌تواند مفید باشد و به راه‌های جدیدی برای کنترل نور کوانتومی در آزمایش‌ها و دستگاه‌ها منجر شود.

حرکت به سمت بالادست برخلاف جریان ممکن است، مانند برخی از حیوانات و قایق ها، اما به قیمت صرف انرژی. یی هو در دانشگاه نانکای در چین و همکارانش به این فکر کردند که آیا شناگر غیرفعال که این کار را انجام نمی‌دهد همچنان می‌تواند به سمت بالا حرکت کند.

محققان شنای بالادست را در یک سیستم کوانتومی مورد مطالعه قرار دادند. از آنجایی که آزمایش‌های گذشته راه‌های دقیقی برای کنترل نور کوانتومی ایجاد کردند، از آن برای ساختن رودخانه و شناگر خود استفاده کردند. آنها این سیال نوری کوانتومی را با پرتاب لیزر به کریستال خاصی که در معرض ولتاژ الکتریکی قرار داشت، ایجاد کردند که باعث می‌شود فوتون‌ها برهم کنش داشته باشند و یک سیستم رودخانه‌مانند را تشکیل دهند. شناگر پرتو دیگری از نور کوانتومی بود، اما این پرتو به شکلی بود که یک موج منفرد و منفرد را تشکیل دهد.

اصل کنش-واکنش قانون سوم نیوتن باعث می شود که شناگر و رودخانه نیروی مشابهی را تجربه کنند - دافعه یا جذاب - شبیه به اینکه چگونه گرانش منجر به جذب متقابل بین بدن ما و زمین می شود. زمین ما را به سمت پایین جذب می کند و جاذبه ای رو به بالا را به سمت ما تجربه می کند. در مقابل، در این آزمایش، شناگر تعامل جذابی را با رودخانه تجربه کرد، اما رودخانه نیروی دافعه ای را روی شناگر تجربه کرد. این یک تعامل "غیر متقابل" بود که اصل کنش-واکنش را می شکند.

هو می گوید که اثر خالص آن یک نیروی بالادست بر روی شناگر بود.

او می‌گوید: «برای من، بزرگ‌ترین نکته این است که رفتار فعال لزوما به یک ذره فعال ذاتی یا شناگر نیاز ندارد.

ماتیاس آلبرت در دانشگاه کوت دازور فرانسه می‌گوید که حرکت بالادست قبلا در سایر سیالات کوانتومی نور حاصل شده بود، اما همیشه بر ایجاد گرداب‌های کوچک در پشت شناگر در سیال تکیه داشت که پس‌زدگی ناشی از ایجاد آنها شناگر را هل می‌دهد، بنابراین آزمایش جدید مکانیسم اساسا متفاوتی را برای حرکت نشان می‌دهد.

ما قبلا می دانیم که فعل و انفعالات غیر متقابل می تواند برای شکل دادن به حرکت سیستم های "ماده فعال" که در آن اجسام برای حرکت انرژی مصرف می کنند، مانند مخلوط باکتری ها، گله های پرندگان یا دسته ای از ربات های کوچک، بسیار مهم باشد. اما آزمایش‌های هو و همکارانش بر روی جسمی متمرکز شد که انرژی مصرف نمی‌کند، اما همچنان از فعل و انفعالات غیر متقابل بهره می‌برد. بنابراین، کار آنها می تواند باعث ایجاد نوع جدیدی از ماده فعال در یک سیستم کوانتومی شود.

آلبرت می‌گوید: «این سؤال در حال حاضر بسیار در هوا مطرح است، و چندین گروه در حال بررسی چگونگی ترکیب مفاهیم ماده فعال با سیالات کوانتومی و سیستم‌های فوتونیک هستند.

او می‌گوید که در نهایت، توانایی کنترل تکه‌های نور به گونه‌ای که آنها در جهتی مطلوب حرکت کنند، می‌تواند در دستگاه‌هایی که از نور کوانتومی استفاده می‌کنند مفید باشد. چنین دستگاه هایی برای مثال در ارتباطات یا پردازش اطلاعات کوانتومی رایج هستند.

هو می‌گوید که تیم اکنون می‌خواهد آزمایش‌های پیچیده‌تری بسازد که بتوانند حرکت شناگر را با دقت بیشتری کنترل کنند یا چند شناگر را همزمان به مایع اضافه کنند.