Физики создали одномерный газ, состоящий из света

Физики создали экзотический одномерный газ, улавливающий фотоны и создающий состояние вещества, известное как конденсат Бозе-Эйнштейна (БЭК).

Так же, как линия конга движется совсем не так, как линия Конга. толпе на рок-концерте поведение материи в значительной степени зависит от того, заключена ли она в одномерную очередь или ей разрешено распространяться в двумерной области.

Чтобы определить точку, в которой это происходит изменения поведения в квантовой системе, исследователи из Боннского университета и Университета Кайзерслаутерн-Ландау в Германии провели эксперимент.

Их особенно интересовало, как переход к одномерному ограничению изменил критические свойства газа, когда он остыл и претерпел фазовый переход.

БЭК образуется, когда определенные частицы, такие как фотоны, охлаждаются и захватываются в пространстве, которое вынуждает их отказаться от своей индивидуальности, фактически превращаясь в газ с общая квантовая идентичность.

Благодаря тому, как распространяется тепло и квантовая нечеткость, переход в это состояние становится немного сложнее, когда частицы имеют меньше измерений, в которых они могут свободно перемещаться.

«Все немного по-другому, когда мы создаем одномерный газ вместо двумерного», — говорит физик Фрэнк Вьюингер из Университета. из Бонна.

«В фотонных газах происходят так называемые тепловые флуктуации, но они настолько малы в двух измерениях, что не оказывают реального воздействия. Однако в одном измерении эти флуктуации могут, образно говоря, иметь большие волны».

Чтобы обеспечить переход к одномерному газу, исследователи использовали крошечный контейнер, называемый микрополостью, и заполнили его раствором красителя. Лазер использовался для выпуска фотонов в раствор, что способствовало их охлаждению. Отражающие стенки контейнера ограничивали волнообразные свойства фотонов, заставляя их прыгать в замкнутом пространстве.

Важно отметить, что команда разработала метод создания микроскопических выступов вдоль отражающих стенок с использованием прозрачного полимера. , медленно уменьшая свободу фотонов.

«Эти полимеры действуют как водосточный желоб, но в данном случае для света», — говорит физик Киранкумар Каркихалли Умеш из Боннского университета. «Чем уже этот желоб, тем более одномерно ведет себя газ».

Экспериментальная установка позволила команде подтвердить теоретические предсказания о том, как образуются конденсаты BOSE в различных измерениях. В будущем полимерные структуры внутри микрополостей можно будет адаптировать для проверки других теорий и дальнейшего изучения фундаментального поведения этих весьма необычных состояний материи.

На данный момент было показано, что одномерные У фотонных газов нет точной точки конденсации, потому что движение фотонов настолько ограничено – и что даже в конга-линии законы квантовой физики берут верх над классической физикой в ​​достаточной степени, чтобы сформировать частичное низкоэнергетическое состояние BEC. .

«Теперь мы впервые смогли исследовать это поведение при переходе от двумерного фотонного газа к одномерному», — говорит Вьюингер.

исследование было опубликовано в журнале Nature Physics.