Учёные из Боннского университета и Университета Кайзерслаутерна-Ландау (RPTU) совершили прорыв в физике, создав одномерный газ из света. Этот эксперимент позволил проверить теоретические предсказания о переходе в это экзотическое состояние материи. Результаты были опубликованы в журнале Nature Physics.
Целью эксперимента было исследование поведения газа в ограниченном пространстве и изучение квантовых эффектов. Для этого исследователи использовали крошечный контейнер, наполненный раствором красителя, и возбудили его с помощью лазера. Полученные фотоны отскакивали вперёд и назад между отражающими стенками контейнера, охлаждаясь при столкновении с молекулами красителя.
Чтобы создать одномерный газ, исследователи использовали метод структурирования с высоким разрешением, адаптированный для отражающих поверхностей фотонного контейнера. Они нанесли прозрачный полимер на отражающие поверхности, создав микроскопически малые выступы, которые позволили захватывать фотоны в одном или двух измерениях и конденсировать их.
«Эти полимеры действуют как своего рода желоб, но в данном случае для света. Чем уже этот желоб, тем более одномерно ведёт себя газ», — объясняет Киранкумар Каркихалли Умеш (Kirankumar Karkihalli Umesh), ведущий автор исследования.
Исследователи обнаружили, что одномерные фотонные газы не имеют точной точки конденсации, в отличие от двумерных газов. Тепловые флуктуации, которые происходят в фотонных газах, разрушают порядок одномерных систем, так что различные области внутри газа больше не ведут себя одинаково.
«Теперь нам впервые удалось исследовать это поведение при переходе от двумерного к одномерному фотонному газу. Это фундаментальное исследование, но оно может открыть новые области применения квантовых оптических эффектов», — объясняет доктор Франк Вевингер (Frank Vewinger) из IAP.
Этот эксперимент имеет важное значение для понимания квантовых эффектов и поведения газов в ограниченном пространстве. Результаты могут быть использованы для разработки новых технологий, таких как квантовые компьютеры и квантовые коммуникационные системы.
«Это исследование показывает, что мы можем создавать и изучать экзотические состояния материи, которые раньше были недоступны», — говорит профессор доктор Георг фон Фрейман (Georg von Freymann) из RPTU.