研究人员证明有可能使交叉路径上的光子相互作用，为技术突破铺平道路。纽约市立大学研究生中心高级科学研究中心（CUNY ASRC）的一个研究小组证明，有可能操纵光子，使它们发生碰撞，并在路径交叉时以新的方式相互作用。8月14日出版的《自然-物理》杂志详细介绍了这一发现，该发现将使开发电磁波传播技术的科学家在电信、光学计算和能源应用方面取得重大进展。

纽约市立大学 ASRC 的研究人员发现了一种操纵光子的方法，从而可以利用量身定制的超材料使光子发生碰撞和相互作用。这一突破将为电信、光学计算和能源应用带来重大进展。(光子在时间界面上碰撞的示意图）资料来源：纽约市立大学研究生中心高级科学研究中心 Anna Umana

突破及其基础

这一突破发生在纽约市立大学研究生中心杰出教授、爱因斯坦物理学教授、纽约市立大学ASRC光子学计划创始主任Andrea Alù的实验室里。它建立在最近另一项演示电磁波时间反射的实验基础之上。

"我们的工作建立在一系列实验的基础上，这些实验显示了我们如何能够创造出具有独特性能的超材料，这些性能来自于其电磁特性的突然时间变化。这些变化使我们能够以自然界中从未见过的方式操纵波的传播，"Alù 解释说。"这项最新工作表明，我们可以利用量身定制的超材料（称为时间界面）中的突然时间变化，使波像大质量物体一样发生碰撞。我们还能控制波在碰撞过程中是交换能量、获得能量还是失去能量。"

波与光子的碰撞

通常情况下，当两个电磁波相交时，它们会直接穿过对方，而不会发生相互作用。这与两个大质量物体（如两个球）相互碰撞时发生的情况截然不同。在后一种情况下，粒子发生碰撞，它们的机械特征决定了能量在碰撞中是保留、损失还是增加。例如，当两个台球相撞时，系统中的总能量是守恒的，而当两个橡胶球相撞时，它们通常会在碰撞中损失能量。

虽然光子在没有任何相互作用的情况下会相互穿过，但通过触发时间界面，科学家们能够展示出强烈的光子-光子相互作用，并控制碰撞的性质。

研究小组的工作灵感来自于这样一种猜测，即是否有可能通过向海啸或地震波投掷另一种类似的波来抵消它，从而消除不想要的机械波（如海啸或地震波）。"虽然这种结果在传统的波物理学中是不可能实现的，但我们知道原则上时空超材料是可以实现的，"阿卢实验室的博士后、该研究的主要作者埃马努埃莱-加里菲（Emanuele Galiffi）说。"我们的实验让我们能够在电磁波中证明这一概念。"

应用与未来工作

科学家们还提出并演示了将他们的概念应用于通过相互碰撞来塑造电磁脉冲的方法。阿卢实验室的博士后研究员、论文的共同第一作者徐根玉阐述道："这项技术允许我们使用额外的信号作为模具，来雕刻我们感兴趣的脉冲结构。我们已经在无线电频率上证明了这一点，现在我们正努力在更高频率上实现这种雕刻能力。"

该团队努力开发的方法可以决定传播的电磁波如何相互作用和相互塑造，这将为无线通信、成像、计算和能量收集技术等领域的进步带来益处。