Преди около 10 години изследователи от университета в Бон създават екстремно акрегатно фотонно състояние, единичен „суперфотон“, съставен от много хиляди отделни светлинни частици, и представят напълно нов източник на светлина.
Състоянието се нарича оптичен Бозе-Айнщайнов кондензат и оттогава привлича вниманието на много физици, тъй като този екзотичен свят на светлинни частици е място на много специфични физически явления. Изследователи, ръководени от проф. Д-р Мартин Вайц (Martin Weitz), който открива суперфотона, и теоретичния физик проф. Д-р Йохан Кроха (Johann Kroha) сега съобщават за ново наблюдение: така наречената свръхохладена или свръхзатихнала фаза (overdamped phase), неизвестен досега фазов преход на оптичния Бозе-Айнщайнов кондензат.
Изследването е публикувано в списание Science.
Бозе-Айнщайновият кондензат е екстремно физическо състояние, което обикновено се случва само при много ниски температури. Частиците в тази система вече не се различават и са в едно и също квантово механично състояние. С други думи, те се държат като една гигантска „суперчастица“. Следователно състоянието може да бъде описано чрез единична вълнова функция.
През 2010 г. изследователите, водени от Мартин Вайц, успяха за първи път да създадат Бозе-Айнщайнов кондензат от светлинни частици (фотони). Тяхната специална система се използва и до днес: Физиците улавят светлинни частици в резонатор, направен от две извити огледала, разположени на малко повече от един микрометър, които отразяват бързо отразяващ се лъч светлина. Пространството е запълнено с течен разтвор на багрило, който служи за охлаждане на фотоните. Молекулите на багрилото "поглъщат" фотоните и след това ги изхвърлят отново, което довежда светлинните частици до температурата на разтвора на багрилото - еквивалентна на стайна температура. Системата дава възможност за охлаждане на светлинните частици, тъй като естествената им характеристика е да се разтварят при охлаждане.
Кредит: Gregor Hübl/Uni Bonn
Ясно разделяне на две фази
Физиците наричат фазов преход това, което е например преходът между вода и лед по време на замръзване. Но как се случва конкретният фазов преход в системата от уловени светлинни частици?
Учените го обясняват по следния начин: до известна степен полупрозрачните огледала водят до загуба и замяна на фотоните, което създава неравновесие, което води до това, че системата не приема определена температура и започва да трепти. Това създава преход между тази трептяща фаза и изстудена/затихнала фаза. Изстудена означава, че амплитудата на вибрациите намалява.
„Фазата на свръхзатихване, която наблюдавахме, съответства, така да се каже, на ново състояние на светлинното поле“, коментира водещият автор Фахри Емре Йозтюрк (Fahri Emre Öztürk), докторант в Института за приложна физика към университета в Бон.
Специалната характеристика е, че ефектът на лазера обикновено не се отделя от този на Бозе-Айнщайновия кондензат чрез фазов преход и няма рязко дефинирана граница между двете състояния. Това означава, че физиците могат непрекъснато да се движат напред-назад между ефектите.
„Въпреки това, в нашия експеримент свръхзатихналото състояние на оптичния Бозе-Айнщайнов кондензат е отделено чрез фазов преход както от трептящото състояние, така и от стандартния лазер“, заявява ръководителят на изследването проф. Д-р Мартин Вайц. "Това показва, че има Бозе-Айнщайнов кондензат, който всъщност е различно състояние от стандартния лазер."
С други думи, ние имаме работа с две отделни фази на оптичния Бозе-Айнщайнов кондензат", подчертава Вайц.
Изследователите планират да използват откритията си като основа за по-нататъшни проучвания за търсене на нови състояния на светлинното поле в множество сдвоени светлинни кондензати, които също могат да възникнат в системата.
„Ако в свързани светлинни кондензати се появят подходящи квантово механично заплетени състояния, това може да е интересно за предаване на криптирани в квант съобщения между множество участници“, казва Фахри Емре Йозтюрк.
Справка: "Observation of a non-Hermitian phase transition in an optical quantum gas" Science (2021). science.sciencemag.org/cgi/doi … 1126/science.abe9869
Източник: Physicists observe new phase in Bose-Einstein condensate of light particles, University of Bonn
Още по темата
Физика
Екзотичното пето състояние на материята е създадено на Международната космическа станция
Физика
Квантовите частици са безсмъртни. Те осцилират в цикъл на разпад и прераждане
Физика
Свръхфлуидно твърдо тяло. Получени са доказателства за това най-ново екзотично състояние на материята
Коментари
Моля, регистрирайте се от TУК!
Ако вече имате регистрация, натиснете ТУК!
Няма коментари към тази новина !
Последни коментари