כוחה של משיכה (פוטונית)

פוטונים – חלקיקים של אור – לא מצטיינים בכישוריהם החברתיים. מדידות מראות כי אפילו בתוך קרן לייזר ממוקדת במיוחד, פוטון לפוטון זאב. אבל ד"ר עופר פירסטנברג, אשר הצטרף לאחרונה למחלקה לפיסיקה של מערכות מורכבות במכון ויצמן, הצליח יחד עם עמיתיו לראשונה אי פעם לגרום לפוטונים לדבוק אחד בשני וליצור "מולקולות של אור".

ד"ר פירסטנברג הוביל את הניסויים שהולידו הישג זה תוך כדי תקופת הפוסט-דוקטורט שלו במרכז לאופטיקה קוונטית של הרווארד בבוסטון, שם כיהן במקביל גם כמדען אורח ב- MIT. הוא ועמיתיו יצרו מערכת מיוחדת שבה פוטונים יכולים להגיע למשיכה הדדית: במקרה זה, ענן דק וקר במיוחד של גז בצירוף מספר קרני לייזר.

כעת, במעבדתו החדשה במכון ויצמן, ד"ר פירסטנברג מתכנן לבנות שני מערכים ניסויים: אחד מהם בטמפרטורה מאוד נמוכה; האחר בטמפרטורת החדר. בשני המערכים הוא מתכוון לא רק ליצור את מולקולות האור הייחודיות הללו, אלא גם להשתמש בהם כדי לחקור את התכונות הבסיסיות של פיסיקת הקוונטים – העולם בו מתקיימים חלקיקי האור.

ד"ר פירסטנברג גדל בראשון לציון, לא רחוק ממכון ויצמן. אהבתו לפיסיקה, כך הוא מספר, התפתחה בהשראת מורה בתיכון שסיימה את לימודיה במחלקה להוראת המדעים במכון ויצמן, כמו גם דודו, ד"ר אודי שפיר, אשר קיבל דוקטורט במכון (ומשמש כמדען אורח השנה במעבדתו של ד"ר ברק דיין). ד"ר פירסטנברג סיים את לימודיו לתואר ראשון בפיסיקה באוניברסיטה העברית ירושלים במסלול תלפיות היוקרתי של צה"ל. את התואר השני והשלישי עשה בפיסיקה בטכניון – מכון טכנולוגי לישראל. במקביל עבד ברפאל, שם השלים את מחקרו לדוקטורט במעבדת האופטיקה הקוונטית תחת הנחייתם של פרופ' עמירם רון מהטכניון ופרופ' ניר דודזון ממכון ויצמן. מרפאל עבר לבוסטון, והצטרף למכון לפני כשנה. אשתו מיכל היא מתמחה בכירה במחלקה לכימיה אורגנית במכון. לשניים שתי בנות.

ציוות

ד"ר פירסטנברג משתמש בשתי קרני לייזר לבניית מערכי הניסוי שלו. הראשונה, בעלת עצמה יחסית חזקה, יוצרת מעין "מנהרה שקופה" בתוך ענן הגז האטום למדי. בתוך המנהרה הזאת נעה קרן הלייזר השנייה, המורכבת מפוטונים "עצלנים" למדי: הם זזים בקצב איטי פי מיליון ממהירות האור. פוטונים אלו יוצרים קשרים עם אטומי הגז שבמתקן: הם פוגעים באטומים וגורמים לאלקטרונים שלהם לעירור, כך שאלו עוברים לאורביטלים גדולים בהרבה מהרגיל, ובכך מגדילים את אטומי הגז באלפי מונים מגודלם במצב מנוחה. כאשר האלקטרונים באטומים ממריאים למסלול גבוה, הם מתנהגים כמו אנטנות ויוצרים שדה כוח סביבם. כוח זה הופך לכוח מושך כאשר הוא מועבר לפוטונים, ושני חלקיקים בודדים הופכים להיות זוג.

עצם העובדה שפוטונים, חלקיקים כה עצמאיים, מסוגלים לדבוק אחד לשני מעלה שאלות חדשות שד"ר פירסטנברג מבקש לחקור. למשל: כיצד הכוח שמחזיק את שני הפוטונים יחד עומד בהשוואה לכוח המחבר בין אטומים או חומרים? באילו תופעות פיסיקליות חדשות ניתן לצפות על-ידי כפיית אינטראקציה בין הפוטונים ואטומים, ובינם לבין עצמם?

Dr. Ofer Firstenberg is supported by the late Leon and Blacky Broder, Switzerland and the Sir Charles Clore Research Prize.

Dr. Ofer Firstenberg