O stare cuantică 1D exotică a fost obținută prin stoarcerea luminii în „jgheaburi”
Ce tocmai sa întâmplat? Fizicienii au reușit să transforme particulele de lumină în ceea ce ei descriu drept o „stare exotică a materiei” – un gaz unidimensional. Au făcut acest lucru limitând fotonii într-un spațiu mic și răcindu-i. Rezultatele au fost, cel puțin, uluitoare.
Experimentul, desfășurat de echipe de la Universitatea din Bonn și RPTU (Universitatea Kaiserslautern-Landau), a luat un indici de la un fenomen cotidian – un furtun de grădină care umple o piscină în comparație cu umplerea unui jgheab. Când apa atinge suprafața piscinei, se dispersează în exterior și orice modificare a nivelului apei este minimă, deoarece este dispersată peste tot. Dar dacă aruncați acel curent de apă într-un jgheab îngust, se creează valuri concentrate care se deplasează de-a lungul jgheabului
„Cu cât jgheabul este mai îngust, cu atât este mai mare amplitudinea undei și, astfel, devine „mai unidimensional”,” au observat cercetătorii.
În esență, fizicienii au miniaturizat acest fenomen creând „jgheaburi microscopice mici” pentru a limita lumina pe o cale unidimensională similară. Configurarea lor a implicat umplerea unui recipient minuscul cu o soluție de colorant și stimularea acestuia cu un laser. Fotonii rezultați au ricoșat între pereții reflectorizați, pierzând energie cu fiecare ciocnire împotriva moleculelor de colorant până când acestea s-au condensat într-un gaz fotonic.
În mod esențial, dimensionalitatea acestei materii fotonice ar putea fi reglată în continuare prin ajustarea suprafețelor reflectorizante din interiorul containerului.
„Am putut aplica un polimer transparent pe suprafețele reflectorizante pentru a crea proeminențe mici microscopic”, explică Julian Schulz de la RPTU. „Aceste proeminențe ne permit să prindem fotonii într-una sau două dimensiuni și să le condensăm”.
„Acești polimeri acționează ca un tip de jgheab, dar în acest caz pentru lumină”, spune Kirankumar Karkihalli Umesh, autorul principal al studiului. „Cu cât acest jgheab este mai îngust, cu atât gazul se comportă mai unidimensional”.
Vorbind despre comportamentul unidimensional, cercetătorii au descoperit că regulile care guvernează aceste stări exotice ale materiei diferă de gazele tradiționale de fotoni 2D. De exemplu, tranzițiile de fază încep să devină dezordonate. În materie obișnuită, materialele suferă schimbări precise de fază – gândiți-vă la înghețarea apei la 32°F. Cu toate acestea, la dimensiuni reduse, fluctuațiile termice pot perturba acest lucru.
„Așa-numitele fluctuații termice au loc în gazele fotonice, dar sunt atât de mici în două dimensiuni încât nu au un impact real. Cu toate acestea, într-o singură dimensiune, aceste fluctuații pot – la sens figurat – să facă valuri mari”, a explicat Vewinger.
Poate suna ca și cum cercetătorii au încălcat legile fizicii cuantice, dar nu este cazul. Proprietățile gazului sunt încă guvernate de ele – astfel de gaze sunt numite „gaze cuantice degenerate”. Ei compară aceste gaze cu apa, care se poate transforma în nămol la temperaturi scăzute fără a îngheța complet.
Cu toate acestea, studiul este încă iluminator, deoarece cercetătorii au reușit să demonstreze că gazele fotonice unidimensionale nu au de fapt un punct de condensare precis. Privind în perspectivă, ei doresc să sape mai adânc în fenomenele care se încadrează în diferite dimensionalități, în timp ce deblochează noi aplicații care valorifică „efectele optice cuantice”.
Credit imagine: Volker Lannert/Uni Bonn
