Jednorozmerný plyn zo svetla vytvoril bizarný kvantový stav

Výskumníkom sa podarilo premeniť častice svetla na „exotický stav hmoty“ – jednorozmerný plyn. Urobili to tak, že fotóny obmedzili na malom priestore a ochladili ich. Výsledky boli prinajmenšom ohromujúce. Experiment, ktorý uskutočnili tímy z Bonnskej univerzity a Univerzity Kaiserslautern-Landau bol inšpirovaný porovnaním napĺňania bazéna a žľabu záhradnou hadicou.

Keď voda dopadne na hladinu bazéna, rozptýli sa smerom von a akákoľvek zmena hladiny vody je minimálna, pretože je rozptýlená po celej ploche. Ak však tento prúd vody vystrekne do úzkeho žľabu, vytvorí koncentrované vlny, ktoré sa šíria po celej dĺžke žľabu. „Čím užší je žľab, tým vyššia je amplitúda vlny, a teda tým je 'jednorozmernejšia',“ poznamenali výskumníci.

Vedci v podstate miniaturizovali tento jav vytvorením „mikroskopicky malých žliabkov“, ktoré obmedzujú svetlo v podobnej jednorozmernej dráhe. Ich zostava zahŕňala naplnenie malej nádoby roztokom farbiva a stimuláciu laserom. Vzniknuté fotóny sa odrážali medzi reflexnými stenami a pri každej zrážke s molekulami farbiva strácali energiu, až sa nakoniec skondenzovali do fotónového plynu.

Dôležité je, že rozmery tejto fotónovej hmoty sa dajú ďalej ladiť úpravou odrazových plôch vnútri nádoby. Keď už je reč o jednorozmernom správaní, výskumníci zistili, že pravidlá, ktorými sa riadia tieto exotické stavy hmoty, sa líšia od tradičných 2D fotónových plynov. Napríklad fázové prechody sa stávajú chaotickými. V bežnej hmote materiály prechádzajú presnými zmenami skupenstva – napríklad voda mrzne pri teplote 0 °C. Pri malých rozmeroch to však môžu narušiť tepelné fluktuácie.

„Vo fotónových plynoch dochádza k takzvaným tepelným fluktuáciám, ktoré sú však pri dvoch rozmeroch také malé, že nemajú žiadny skutočný vplyv. Pri jednom rozmere však tieto fluktuácie môžu, obrazne povedané, vytvárať veľké vlny,“ vysvetlil Dr. Frank Vewinger z Bonnskej univerzity. Môže to znieť, akoby výskumníci porušili zákony kvantovej fyziky, ale nie je to tak. Vlastnosti plynu sa nimi stále riadia – takéto plyny sa nazývajú „degenerované kvantové plyny“.

Tieto plyny prirovnávajú k vode, ktorá sa pri nízkych teplotách môže zmeniť na kašu bez toho, aby úplne zamrzla. Štúdia publikovaná v časopise Nature Physics je veľmi poučná, pretože výskumníci dokázali, že jednorozmerné fotónové plyny v skutočnosti nemajú presný bod kondenzácie. Do budúcnosti chcú hlbšie preskúmať javy rozprestierajúce sa medzi rôznymi dimenziami a zároveň odomknúť nové aplikácie využívajúce „kvantové optické efekty“.

Zdroj: techspot.com.

_{^{Zdroj Foto: freepik.com.}}