Физици са успели да превърнат светлинните частици в нещо, което те описват като „екзотично състояние на материята“ - едноизмерен газ. Те са постигнали това, като са ограничили фотоните в малко пространство и са ги охладили. Резултатите са, меко казано, изненадващи.

Експериментът, проведен от екипи от Университета в Бон и RPTU (Университета в Кайзерслаутерн-Ландау), се основава на явление от ежедневието - градински маркуч, който пълни басейн, в сравнение с този, който пълни канавка. Когато водата попадне на повърхността на басейна, тя се разпръсква навън, а всяка промяна в нивото на водата е минимална, защото тя се разпръсква по цялата повърхност. Но ако изстреляте тази струя вода в тесен улук, тя създава концентрирани вълни, които се движат по дължината на улука.

„Колкото по-тесен е улукът, толкова по-голяма е амплитудата на вълната и по този начин тя става „по-едноизмерна“, отбелязват изследователите.

По същество физиците миниатюризират това явление, като създават „микроскопично малки канали“, които да ограничават светлината в подобен едноизмерен път. Тяхната инсталация включва напълване на малък контейнер с разтвор на багрило и стимулирането му с лазер. Получените фотони рикошираха между отразяващите стени, като губеха енергия при всеки сблъсък с молекулите на багрилото, докато накрая се кондензираха във фотонен газ.

Важното е, че размерността на тази фотонна материя може да бъде допълнително настроена чрез промяна на отразяващите повърхности в контейнера.

„Успяхме да приложим прозрачен полимер върху отразяващите повърхности, за да създадем микроскопично малки изпъкналости“, обяснява Юлиан Шулц от RPTU. „Тези изпъкналости ни позволяват да уловим фотоните в едно или две измерения и да ги кондензираме.“

„Тези полимери действат като вид улуци, но в този случай за светлина“, казва Киранкумар Каркихалли Умеш, водещ автор на изследването. „Колкото по-тясна е тази ниша, толкова по-едноизмерно се държи газът.“

Говорейки за едноизмерно поведение, изследователите откриват, че правилата, управляващи тези екзотични състояния на материята, се различават от традиционните двуизмерни фотонни газове. Например фазовите преходи започват да стават объркани. В обикновената материя материалите претърпяват точни фазови промени - помислете за водата, която замръзва при 0 градуса по Целзий. В ниските измерения обаче топлинните флуктуации могат да нарушат това.

„Така наречените термични флуктуации се случват във фотонните газове, но те са толкова малки в две измерения, че нямат реално въздействие. В едно измерение обаче тези флуктуации могат - образно казано - да предизвикат големи вълни“, обяснява Вевингер.

Може да изглежда, че изследователите са нарушили законите на квантовата физика, но това не е така. Свойствата на газа все още се управляват от тях - такива газове се наричат „дегенерирани квантови газове“. Те сравняват тези газове с водата, която при ниски температури може да се превърне в кал, без да замръзва напълно.

Въпреки това изследването все пак е поучително, тъй като изследователите са успели да докажат, че едномерните фотонни газове всъщност нямат точна точка на кондензация. В перспектива те желаят да се задълбочат в явленията, простиращи се между различни измерения, като същевременно разкрият нови приложения, използващи „квантовите оптични ефекти“.

Снимка: Unsplash

Виж още: Копия от спряната онлайн игра Concord вече се продават за 10 000 лири в eBay