Ученые открыли новое состояние света
Немецкие физики обнаружили ранее неизвестный фазовый переход в оптическом конденсате Бозе — Эйнштейна и новое состояние квантов света — сверхдемпфированную фазу. Результаты, по мнению авторов, могут в будущем иметь важное значение для реализации защищенной квантовой связи, передает Tengrinews.kz со ссылкой на РИА Новости.
Исследование опубликовано в журнале Science.
В 2010 году исследователи из Боннского университета под руководством профессора Мартина Вайца (Martin Weitz) впервые получили совершенно новый источник света — одиночный «суперфотон», состоящий из многих тысяч отдельных световых частиц, — своего рода бозе-эйнштейновский конденсат легких частиц.
Конденсат Бозе — Эйнштейна — это экстремальное агрегатное состояние вещества, которое возникает только при температурах, близких к абсолютному нулю. Это состояние характеризуется тем, что частицы в такой системе уже неразличимы и преимущественно находятся в квантовомеханическом состоянии, то есть ведут себя как одна гигантская «суперчастица», состояние которой можно описать волновой функцией.
В новом эксперименте ученые использовали ту же самую установку, что и десять лет назад: они улавливали световые частицы в резонаторе, состоящем из двух изогнутых зеркал, расположенных на расстоянии чуть более микрометра друг от друга, которые отражают быстрый возвратно-поступательный луч света. Пространство между зеркалами заполнено жидким раствором красителя, который охлаждает фотоны. Это достигается за счет того, что молекулы красителя сначала «проглатывают» фотоны, а затем снова их «выплевывают», доведя до температуры раствора красителя — эквивалента комнатной температуры.
В какой-то момент исследователям удалось зафиксировать фазовый переход в системе захваченных легких частиц. Авторы объясняют этот переход так: полупрозрачные зеркала вызывают потерю и замену фотонов, создавая неравновесие, которое приводит к тому, что система начинает колебаться. В итоге образуются две разделенные между собой фазы: фаза колебаний и фаза затухания. В последней амплитуда вибрации постепенно уменьшается.
«Наблюдаемая нами сверхзатухающая фаза соответствует новому состоянию светового поля», — приводятся в пресс-релизе университета слова первого автора статьи Фахри Эмре Озтюрка (Fahri Emre Öztürk), аспиранта Института прикладной физики.
Авторы отмечают, что обычно действие лазера не отделяется от эффекта конденсата Бозе — Эйнштейна фазовым переходом и между этими двумя состояниями нет четко определенной границы. Однако в данном эксперименте сверхзатухающее состояние оптического конденсата Бозе — Эйнштейна отделялось фазовым переходом как от колебательного состояния, так и от света стандартного лазера.
«Это показывает, что мы имеем дело с двумя отдельными фазами оптического конденсата Бозе — Эйнштейна», — говорит руководитель исследования профессор Мартин Вайц.
Ученые планируют использовать полученные результаты для дальнейших исследований по поиску новых состояний светового поля во множественных связанных световых конденсатах, возникающих в оптических системах. Они надеются, что в дальнейшем их открытие будет использовано в области квантовой связи.
«Если подходящие квантово-механически запутанные состояния возникают в связанных легких конденсатах, это может быть интересно для передачи квантово-зашифрованных сообщений», — отмечает Озтюрк.
Источник: tengrinews.kz
