فیزیکدانان موفق به ساخت یک گاز یک بعدی از نور شدند
فیزیکدان‌ها با به دام انداختن فوتون‌ها، نوعی حالت ماده به نام «چگالش بوز-اینشتین» (BEC) ایجاد کردند.
درست همان‌طور که حرکت یک صف رقص به شکلی کاملاً متفاوت از یک جمعیت در یک کنسرت موسیقی است، رفتار ماده نیز بسته به اینکه در یک صف یک‌بعدی قرار بگیرد یا اجازه داشته باشد در یک فضای دوبعدی پخش شود، تغییر می‌کند.
برای بررسی نقطه‌ای که این رفتار در یک سیستم کوانتومی تغییر می‌کند، محققانی از دانشگاه بن و دانشگاه کایزرسلاترن-لاندائو در آلمان آزمایشی انجام دادند.
آنها به‌ویژه علاقه‌مند بودند بدانند که چگونه تغییر به یک محدودیت یک‌بعدی، خواص گاز را هنگام سرد شدن و تغییر فاز آن تغییر می‌دهد.
چگالش بوز-اینشتین زمانی تشکیل می‌شود که ذرات خاصی، مانند فوتون‌ها، سرد شده و در فضایی به دام بیافتند که باعث می‌شود فردیت خود را از دست بدهند و به یک گاز با هویت کوانتومی مشترک تبدیل شوند.
به دلیل نحوه گسترش گرما و «ابهام کوانتومی»، انتقال به این حالت کمی سخت‌تر است وقتی ذرات محدودیت بیشتری در حرکت خود داشته باشند.
فیزیکدان فرانک وِوینگر از دانشگاه بن می‌گوید: “وقتی گاز یک‌بعدی به جای دوبعدی ایجاد می‌کنیم، شرایط کمی متفاوت است”
“نوسانات گرمایی در گازهای فوتونی اتفاق می‌افتند، اما در فضای دوبعدی آن‌قدر کوچک هستند که تأثیر قابل توجهی ندارند. با این حال، در فضای یک‌بعدی این نوسانات می‌توانند – به‌طور مجازی – موج‌های بزرگی ایجاد کنند.”
برای ایجاد گاز یک‌بعدی، محققان از یک ظرف بسیار کوچک به نام «میکروحفره» استفاده کردند و آن را با محلول رنگ پر کردند. آنها با استفاده از لیزر، فوتون‌ها را به محلول وارد کردند تا به سرد شدن آنها کمک کنند. دیواره‌های بازتابنده ظرف، ویژگی‌های موجی فوتون‌ها را محدود کرده و آنها را در یک فضای بسته نگه داشتند.
محققان همچنین یک روش برای ایجاد برآمدگی‌های میکروسکوپی روی دیواره‌های بازتابنده با استفاده از پلیمر شفاف ابداع کردند که به تدریج آزادی حرکت فوتون‌ها را کاهش می‌داد.
“این پلیمرها مانند یک نوع آبراه برای نور عمل می‌کنند”، فیزیکدان کیرانکومار کارکیهالی اومش از دانشگاه بن توضیح می‌دهد. “هرچه این آبراه باریک‌تر باشد، گاز به صورت یک‌بعدی‌تر رفتار می‌کند.”
این آزمایش به تیم امکان داد تا پیش‌بینی‌های نظری درباره نحوه تشکیل چگالش بوز-اینشتین در ابعاد مختلف را تأیید کنند. در آینده، ساختارهای پلیمری درون میکروحفره می‌توانند تغییر داده شوند تا نظریه‌های دیگری نیز آزمایش شوند و رفتارهای بنیادی این حالات عجیب ماده بیشتر مورد بررسی قرار گیرند.
فعلاً نشان داده شده که گازهای فوتونی یک‌بعدی نقطه چگالش دقیقی ندارند، زیرا حرکت فوتون‌ها بسیار محدود است – و حتی در یک صف، قوانین فیزیک کوانتومی به قدری جایگزین قوانین فیزیک کلاسیک می‌شوند که حالت چگالش بوز-اینشتین کم‌انرژی جزئی تشکیل شود.
“ما اکنون توانسته‌ایم برای اولین بار این رفتار را در انتقال از گاز فوتونی دوبعدی به گاز فوتونی یک‌بعدی بررسی کنیم”، وِوینگر می‌گوید.
این تحقیق در مجله Nature Physics منتشر شده است.
__ تکنو دات مرجع اخبار تکنولوژی __
