Физици създадоха екзотичен едноизмерен газ, който улавя фотони, за да създаде състояние на материята, известно като кондензат на Бозе-Айнщайн (BEC).
Досущ както хората, изпълняващи конга, се движат в една линия по съвсем различен начин от тълпата на рок концерт, поведението на материята зависи в значителна степен от това дали тя е ограничена в едноизмерна опашка, или ѝ е позволено да се разпространи в двуизмерна област.
За да определят точката, в която това поведение се променя в квантова система, изследователи от Университета в Бон и Университета Кайзерслаутерн-Ландау в Германия провеждат специален експеримент.
Те се интересувтат особено от това как преходът в едноизмерна затвореност променя критичните свойства на газа при охлаждането му и при фазовата му промяна.
BEC се формира, когато определени частици, като фотони, се охлаждат и се задържат в пространство, което ги принуждава да изоставят своята индивидуалност, превръщайки се ефективно в газ с обща квантова идентичност.
Благодарение на начина, по който се разпространяват топлината и квантовата размитост, преходът към това състояние е малко по-труден, когато частиците имат по-малко измерения, в които могат да се движат свободно.
„Нещата са малко по-различни, когато създаваме едноизмерен газ вместо двуизмерен“, казва физикът Франк Вевингер от университета в Бон.
„Във фотонните газове се наблюдават т.нар. топлинни флуктуации, но те са толкова малки в двуизмерните газове, че нямат реално въздействие. В едно измерение обаче тези флуктуации могат - образно казано - да предизвикат големи вълни.“
За да могат да преминат към едноизмерен газ, изследователите използват миниатюрен контейнер, наречен микрокухина, и го напълват с разтвор на багрило. Използван е лазер, за да се освободят фотони в разтвора, което улеснява охлаждането им. Отразяващите стени на контейнера ограничават вълновите свойства на фотоните, като ги задържат да подскачат в затвореното пространство.
Важното е, че екипът е разработил метод за създаване на микроскопични изпъкналости по отразяващите стени с помощта на прозрачен полимер, който бавно намалява свободата на фотоните.
„Тези полимери действат като своеобразни улуци, но в този случай за светлината“, казва физикът Киранкумар Каркихали Умеш от университета в Бон. „Колкото по-тясна е тази канавка, толкова по-едноизмерно се държи газът.“
Експерименталната уредба позволява на екипа да потвърди теоретичните прогнози за начина, по който се образуват кондензатите на Бозе-Айнщайн в различни измерения. В бъдеще полимерните структури в микрокавитацията могат да бъдат коригирани, за да се проверят други теории и да се изследва допълнително фундаменталното поведение на тези изключително необичайни състояния на материята.
Засега е доказано, че едноизмерните фотонни газове нямат точна точка на кондензация, тъй като движението на фотоните е много ограничено - и че дори в конгел законите на квантовата физика надделяват над класическата физика достатъчно, за да се образува частично нискоенергийно състояние на BEC.
„Сега за първи път успяхме да изследваме това поведение при прехода от двумерен към едномерен фотонен газ“, казва Вевингер.
Изследването е публикувано в Nature Physics.
Източник: Science Alert
