Pentru prima dată, fizicienii au creat un gaz unidimensional format din lumină pură și doresc să-l folosească pentru a studia modul în care fotonii sau particulele de lumină se comportă la nivel cuantic.
Oamenii de știință au creat noua stare a materiei, numită gaz fotonic, trăgând un laser într-un recipient reflectorizant umplut cu colorant, provocând răcirea fotonilor din fascicul și eventual condensarea. Cercetătorii și-au publicat concluziile pe 6 septembrie în jurnal Fizica naturii.
„Pentru a crea aceste tipuri de gaze, trebuie să concentrăm o mulțime de fotoni într-un spațiu restrâns și să îi răcim simultan”, autorul principal al studiului. Frank Vewingerun fizician la Universitatea din Bonn, a spus într-un declaraţie.
Fotonii sunt bosoni, particule care au spin întreg, ceea ce înseamnă că pot ocupa aceeași stare și spațiu la un moment dat. Când un gaz de bozoni este răcit la temperaturi aproape de zero, toate particulele sale își pierd energia, intrând în aceleași stări de energie.
Întrucât putem distinge între particulele altfel identice dintr-un nor de gaz doar analizând nivelurile lor de energie, această egalizare are un efect profund: norul odată disparat de particule care vibrează, se zguduie și se ciocnesc care formează un gaz mai cald devin apoi, dintr-un mecanică cuantică punct de vedere, perfect identic, creând o formă evazivă a materiei numită a Condens Bose-Einstein.
Înrudit: În căutarea de 20 de ani de a dezlega tărâmul bizar al „superchimiei cuantice”‘
Existența sub formă de condensat face ca pozițiile particulelor într-un gaz să devină extrem de incerte. Ca rezultat, locurile pe care le-ar putea ocupa fiecare particulă devin mai mari ca suprafață decât spațiile dintre particule în sine. Așadar, în loc de obiecte discrete, fotonii care se suprapun într-un gaz fotonic acționează ca și cum ar fi doar o particulă gigantică.
Fizicienii au creat gaze fotonice în două dimensiuni înainte. Dar crearea lor într-un singur lucru este mult mai dificilă.
„Lucrurile sunt puțin diferite atunci când creăm un gaz unidimensional în loc de unul bidimensional”, a spus Vewinger. „Așa-numitele fluctuații termice au loc în gazele fotonice, dar acestea sunt atât de mici în două dimensiuni încât nu au un impact real. Cu toate acestea, într-o singură dimensiune, aceste fluctuații pot – la sens figurat – să facă valuri mari.”
Pentru a crea un gaz fotonic unidimensional, cercetătorii au umplut un recipient minuscul, reflectorizant, cu o soluție de colorant, înainte de a trage un laser în el. Fotonii luminii laser au sărit înainte și înapoi în interiorul recipientului până când s-au ciocnit cu moleculele de colorant, care le-au răpit energia și le-a făcut să se agrupeze.
Aplicând un polimer transparent pe pereții reflectorizanti ai recipientului, cercetătorii au reușit să modifice modul în care reflectă lumina, astfel încât aceasta să se condenseze efectiv într-o singură dimensiune – sau o linie.
„Acești polimeri acționează ca un tip de jgheab, dar în acest caz pentru lumină”, autorul principal Kirankumar Karkihalli Umeshun doctorand la Universitatea din Bonn, a declarat în declarație. „Cu cât acest jgheab este mai îngust, cu atât gazul se comportă mai unidimensional”.
Studiind gazul fotonic 1D nou creat, cercetătorii au confirmat că se comportă destul de diferit față de forma sa 2D. Spre deosebire de gazele fotonice 2D, fluctuațiile termice ale verilor lor 1D îi împiedică să se condenseze complet în anumite regiuni. Acest lucru creează o tranziție parțială de fază între lumina laser și forma sa de condens care este „unsă” peste gaz, precum apa înghețată care nu a înghețat complet, potrivit cercetătorilor.
Investigarea modului în care gazul foton diferă în funcție de dimensiuni ar putea ajuta cercetătorii să descopere efecte optice cuantice încă nedescoperite, au spus cercetătorii.