光的新狀態:物理學家觀察到光粒子的玻色·愛因斯坦凝結物的新階段

玻色-愛因斯坦凝結物是一種極端的物理狀態,通常只在極低的溫度下出現。有什麼特別之處呢?這個系統中的粒子不再是可區分的 而且主要處於相同的量子力學狀態,換句話說,它們的行為就像一個巨大的 “超粒子”。因此,這種狀態可以用一個單波函數來描述。

2010年,馬丁·魏茨領導的研究人員首次成功地從光粒子(光子)中創造出一種玻色·愛因斯坦凝聚物。他們的特殊系統至今仍在使用。物理學家將光粒子困在一個由兩面弧形鏡子組成的共振器中,這兩面鏡子的間距剛好超過一微米,可以反射快速往復的光束。空間中充滿了液態染料溶液,其作用是冷卻光子。這是通過染料分子 “吞噬 “光子,然後再次吐出,使光粒子達到染料溶液的溫度–相當於室溫,該系統首先使冷卻光粒子成為可能,因為光粒子的自然特性是冷卻後會溶解。

光的新狀態:物理學家觀察到光粒子的玻色·愛因斯坦凝結物的新階段

充滿染料溶液的光學微共振器,右邊是一個顯微鏡物鏡,用於觀察和分析共振器發出的光

相變就是物理學家所說的冰凍過程中水和冰之間的過渡。但是,在被困的光粒子系統中,特殊的相變是如何發生的呢?科學家們是這樣解釋的。半透明的鏡面導致光子的流失和替換形成了一種非平衡狀態,導致系統沒有一個確定的溫度而進入振盪狀態,這就造成了這個振盪相和阻尼相之間的過渡。受阻尼意味着振動的幅度減小。

“我們觀察到的過阻尼相位對應於光場的一種新狀態,”主要作者Fahri Emre Öztürk說,他是波恩大學應用物理研究所的博士生。其特殊性在於,激光的效應與玻色·愛因斯坦凝聚物的效應通常不存在相變,兩種狀態之間也沒有明確的邊界。這意味着物理學家可以不斷地在效應之間來回移動。

光的新狀態:物理學家觀察到光粒子的玻色·愛因斯坦凝結物的新階段

與波恩大學應用物理研究所測量台上的光學裝置

“然而,在我們的實驗中,光學玻色·愛因斯坦凝結物的過濕狀態與振盪狀態和標准激光器都有一個相位轉換,”研究負責人馬丁·魏茨教授博士說。”這表明,存在玻色·愛因斯坦凝聚物,它實際上是一個不同於標准激光的狀態。”換句話說,我們正在處理光學玻色·愛因斯坦凝聚物的兩個不同階段,”他強調。

研究人員計劃將他們的發現作為進一步研究的基礎,以尋找多重耦合光凝聚物中的新的光場狀態,這也可能出現在系統中。”如果在耦合光凝結物中出現合適的量子力學糾纏狀態,這對於在多個參與者之間傳輸量子加密信息可能是有趣的。”Fahri Emre Öztürk說。

光的新狀態:物理學家觀察到光粒子的玻色·愛因斯坦凝結物的新階段

圖為研究團隊:波恩大學應用物理研究所的Martin Weitz教授、Julian Schmitt博士、Frank Vewinger博士、Johann Kroha教授和Göran Hellmann博士。資料來源: © Gregor Hübl/波恩大學 (Uni Bonn)

來源:cnBeta