Новий стан матерії: фізики вперше створили одновимірний газ, що складається з чистого світла

Фізики вперше створили новий стан матерії, який є одновимірним фотонним газом, що складається з частинок світла. Цей газ можна використовувати для вивчення поведінки фотонів на квантовому рівні. Результати дослідження опубліковані в журналі Nature Physics, пише Live Science.

У Фокус. Технології з'явився свій Telegram-канал. Підписуйтесь, щоб не пропускати найсвіжіші та найзахопливіші новини зі світу науки!

Частинки світла або фотони є бозонами з цілим числом спіна (власного моменту імпульсу частинок). Це означає, що бозони можуть бути в одному і тому ж стані в одному і тому ж просторі в певний момент часу. Якщо газ із бозонів охолодити до температур близьких до абсолютного нуля, частинки втрачають свою енергію і перебувають в однакових енергетичних станах.

У цьому разі спочатку розрізнені частинки в хмарі холодного газу стають, з погляду квантової механіки, абсолютно однаковими і виникає така форма матерії, як конденсат Бозе-Ейнштейна.

Через те, що частинки перебувають у вигляді цього конденсату, їхнє положення в газі стає вкрай невизначеним. У результаті місця, які кожна частинка може займати, стають більшими за площею, ніж простір між самими частинками. Фотони у фотонному газі діють так, начебто вони є всього лише однією гігантською частинкою. Фізики вже створювали двовимірні фотонні гази, але з одновимірними виникли проблеми.

Щоб уперше створити одновимірний фотонний газ, фізики наповнили маленький відбивний контейнер розчином барвника, а потім пустили туди лазерне світло. Фотони цього світла відскакували вперед і назад усередині контейнера, поки не стикалися з молекулами барвника. У результаті фотони втрачали енергію і групувалися разом.

За допомогою прозорого полімеру, нанесеного на стінки контейнера, фізики налаштували відбиття світла так, що воно конденсувалося в одному вимірі.

Під час вивчення створеного одновимірного фотонного газу фізики з'ясували, що він поводиться не так, як двовимірні. Теплові коливання не дозволили фотонам повністю конденсуватися в певних ділянках. У такий спосіб створюється частковий фазовий перехід між лазерним світлом і його конденсатною формою.

Фізики вважають, що вивчення поведінки фотонних газів, а також того, як вони відрізняються в різних вимірах, може допомогти виявити поки що невідомі квантові оптичні ефекти.

Як уже писав Фокус, вчені з NASA з'ясували, чому на Марсі постійно з'являються моторошні "павуки". На поверхні Марса є "павуки", які несхожі ні на що інше в Сонячній системі.

Також Фокус писав про створення фізиками нової структури зі світла, яка може допомогти в розробці нових лікарських препаратів і в лікуванні різних хвороб.