Представьте, что вы обладаете волшебным инструментом, способным манипулировать самой природой света, сгущая его в узкие коридоры и наблюдая за удивительными квантовыми танцами. Именно это невероятное достижение совершили физики из Боннского университета и Университета Кайзерслаутерн-Ландау (RPTU). Им удалось создать одномерный газ из света – экзотическое состояние вещества, которое до сих пор оставалось лишь теоретической мечтой.
Микроскопические желоба для фотонов
Ключ к этой революционной технологии кроется в умелом использовании микроскопических структур. Исследователи наполнили крошечный контейнер раствором красителя и, подобно акваману, возбудили его лазером. Фотоны, рожденные в этом процессе, отражались от стенок контейнера, словно шарики в зеркальном лабиринте, каждый раз охлаждаясь при столкновении с молекулами красителя. В итоге, фотонный газ достиг состояния конденсации – своего рода квантового замерзания.
Но настоящая магия началась, когда ученые взялись за модификацию стенок контейнера. Вместо гладких поверхностей они нанесли прозрачный полимер с микроскопическими выступами – своеобразные “желоба” для света.
“Эти полимеры действуют как водосточные желоба, но для пропускания света,” – поясняет Киранкумар Каркихалли Умеш, ведущий автор исследования. “Чем уже этот желоб, тем более одномерно ведет себя газ.”
Одномерность и размытые границы
В двух измерениях переход к конденсации – фазовый переход – четко определяется, как замерзание воды при нулевой температуре. Однако в одномерном мире ситуация меняется. Тепловые флуктуации, словно мельчайшие волны, начинают играть более заметную роль, нарушая упорядоченность фотонного газа. Фазовый переход, столь ясный в двух измерениях, становится “размытым”, подобно замерзающей воде, которая никогда не превращается в абсолютно твердый лед.
Это означает, что одномерный фотонный газ не имеет точной точки конденсации, а его поведение подчиняется особым квантовым законам.
Открытие с будущим
Ученые смогли продемонстрировать это уникальное явление, наблюдая за переходом от двумерного фотонного газа к одномерному при изменении структуры полимерных “желобов”. Теперь перед ними открываются невероятные возможности для изучения квантовых эффектов в узких измерениях.
Хотя на данный момент это фундаментальное исследование, оно может стать отправной точкой для новых применений квантово-оптических технологий. Представьте себе устройства, где свет управляется с предельной точностью, где его свойства можно изменять и манипулировать в одномерных пространствах – мир будущего, зарождающийся сегодня благодаря удивительному газу из света.
