S částicemi světla, fotony, je to za normálních okolností poměrně jednoduché. I když nás Hvězdné války učí, že světelné meče se zastaví jenom o jiné světelné meče, reálné fotony spolu za běžných okolností interagují pouze extrémně nerady. Ani střet dvou silných laserů nevede k nečekaným výsledkům, k velké smůle fyziků. Střety jiných částic uvnitř urychlovačů mohou vést k zajímavým reakcím, fotony se však tváří jako absolutní netykavky.

Platilo to až do roku 2013, kdy se jisté interakce podařilo docílit týmu harvardského fyzika Mikhaila Lukina. Dosáhl toho skrze vytvoření speciálního média ve formě exotické hmoty, která interakci napomáhá. Fotony se uvnitř této substance vlivem unikátních kvantových stavů hmoty chovají, jako by měly hmotnost – a skrze to mají rovněž tendenci vytvářet svazky podobné molekulám, jako jiné běžnější částice.

Poté, co se Lukinově týmu podařilo takto svázat dva fotony, ho přirozeně zajímalo, zdali je totéž možné i pro větší počet. A právě zde se dostáváme k aktuální práci.

Stejně jako před pěti lety byla klíčem k výzkumu exotická hmota. Tu zajistilo tradiční mračno atomů rubidia ochlazené k teplotám blízko absolutní nule. Do něho pak následně vědci s pomocí laseru vpálili fotony. Za normálních okolností by po prosvícení hmotou měly fotony opustit oblast stejně, jako když do ní vstupovaly. Namísto toho ovšem vědci pozorovali, že fotony ven vylétávají v provázané v párech až trojicích.

Světlo, jak ho neznáme

Přesné kořeny jevu prozatím pochopeny nebyly, tuší se však, že za jev může svázání fotonů a atomů do teoretické kvazičástice polaritron. Ta při svém putování exotickou hmotou může přibrat i jeden či dva fotony navíc. Když pak fotony oblak rubidia opouštějí, atom pravděpodobně zůstává uvnitř. Venkovní podmínky kvantové exotice natolik nesvědčí. Fotony však mohou zůstat uvnitř provázané částice i nadále. 

Provázání do "světelných molekul" nebyla jediná zvláštní věc. Provázané fotony se podařilo zároveň výrazně zpomalit. Ačkoliv získaly extrémně malou hmotnost, stačilo to dostatečně k tomu, aby stotisíckrát zpomalily svou běžnou rychlost, totiž rychlost světla. Právě extrémní rychlost je přitom paradoxně překážkou pro rozvoj fotonických počítačů.

Potenciál k aplikaci technologie není momentálně ani v plenkách a potrvá nejméně desetiletí, než se jej snad podaří realizovat. Již nyní si však lze představit možnosti tak fantastické, jakožto momentálně i hypotetické. Fotony, které spolu ovšem mohou interagovat i mít hmotnost, otevírají možnosti pro vytváření zcela nových konfigurací fotonických či kvantových počítačů. Otevírá se šance do nich vepisovat informace a velmi hypoteticky snad i vytvářet extrémně lehkou "hmotu" z takto unikátní formy světla.

Prozatím však bude dalším cílem studia zjistit, zdali se uvnitř exotické hmoty mohou fotony nejen sbližovat, ale i odpuzovat.

Je dost dobře možné, že na další pokrok počkáme opět pět let, pokud bude nová míra interakce vůbec možná. Experimentování s exotickou hmotou ale opět dokazuje, že tajemství vzájemného působení částic nám i dnes může připravit pořádné překvapení.

Studie byla publikována v časopise Nature.