Светлината уловена в едноизмерен капан: физиците се научиха как да променят размерността на светлината
Физиците откриха нови благоприятни условия за проучване на фотонните системи.
Физици от университета в Бон и университета в Кайзерслаутерн-Ландау организираха неповторими опити, по време на които съумяха да основат едноизмерен фотонен газ и да изследват неговите свойства. В процеса на проучванията те следиха прехода на фотонния газ от двумерно положение в едномерно, като използваха специфичен капан за фотони. Резултатите от работата им са оповестени в авторитетното списание Nature Physics.
Създаването на фотонен газ изисква едновременното втвърдяване на огромен брой фотони в лимитирано пространство и тяхното изстудяване. В опита откривателите са употребявали дребен резервоар, запълнен с разтвор на оцветител. Този разтвор е бил облъчен с лазер, което е довело до образуването на фотони, които неведнъж са се отразявали от стените на контейнера. При всеки конфликт с молекулите на багрилото фотоните губели сила и се охлаждали, което в последна сметка довело до кондензация на фотонния газ – развой, сходен на образуването на течни капки в елементарните газове.
Една от основните характерности на това проучване е опцията да се управлява размерността на фотонния газ. Това беше реализирано посредством смяна на повърхността на отразяващите стени на контейнера. Учените са приложили транспарантни полимерни структури към тези повърхности, създавайки микроскопични изпъкналости, които са разрешили фотоните да бъдат арестувани в едноизмерна или двуизмерна настройка. Според участниците в опита полимерите са работили като „ корита “ за светлината: колкото по-тясно е това „ корито “, толкоз по-близо до едноизмерното положение е прекосявал фотонният газ.
Размерността на газа оказва директно въздействие върху неговите физични свойства. В двуизмерните системи има тъкмо избрана температура, при която настава кондензация – фазов преход, подобен на замръзването на водата при 0 градуса по Целзий. В едномерните системи обаче обстановката е доста по-сложна. Тук влизат в деяние топлинни съмнения, които в двумерните системи са съвсем незабележими, само че в едномерните системи могат да повлияят доста на държанието на газа. Тези флуктуации унищожават реда в системата, като провокират промени в разнообразни елементи на газа, което прави фазовия преход по-малко явен.
Въпреки това едномерният фотонен газ продължава да се подчинява на законите на квантовата физика, също като двумерния, само че се държи по друг метод. Тези газове се назовават дегенеративни квантови газове. Това може да се преглежда като вода, която при изстудяване не се трансформира изцяло в корав лед, а остава като примес от вода и лед.
Един от създателите на проучването означи, че за първи път учените са съумели да следят този развой на границата на прехода от двуизмерен към едноизмерен фотонен газ. По време на опитите е потвърдено, че едномерните фотонни газове нямат тъкмо избрана температура на кондензация, както това се случва в двумерните системи. Този резултат открива нови благоприятни условия за по-задълбочено проучване на преходите сред другите измерения, което евентуално може да докара до нови открития в квантовата оптика.
Въпреки че актуалното проучване е фундаментално по своя темперамент, резултатите могат да бъдат потребни за създаването на нови технологии, свързани с контрола на светлината и квантовите системи. Възможността за фина конфигурация на свойствата на фотонния газ посредством модифициране на полимерните структури отваря вратата към създаването на нови квантови оптични устройства и евентуално може да откри приложение в бъдещите компютърни и телекомуникационни системи.
