Учёные раскрыли, как свет может занять одно квантовое состояние

В этом исследовании ученые показали, как фотоны могут конденсироваться в состояние Бозе-Эйнштейна, применяя термодинамические методы к сложным квантовым системам света. Процесс термализации, хорошо известный в физике, описывает уравновешивание энергии излучения при его взаимодействии с веществом, но его применение к квантовым состояниям света сталкивается с трудностями.

Фото: Wikipedia by Leon Brooks, PDM

Тем не менее, исследователям удалось продемонстрировать достижение термодинамического равновесия фотонов при комнатной температуре, а затем их конденсацию в гибридное основное состояние.

Для этого был использован эксперимент с пространственно структурированной микрорезонаторной системой, содержащей краситель. Фотонная ловушка была реализована с помощью кольцевой решетки, замкнутой периодически, и слабого гармонического потенциала.

Когда фотоны достигли критической концентрации, они совместно заняли определенное состояние с нулевой фазой обмотки, что характеризует основное состояние системы.

Далее, для проверки фазовой когерентности фотонов в разных областях структуры, ученые использовали методы оптической интерферометрии.

Это позволило подтвердить когерентность фаз и продемонстрировать новые возможности для изучения взаимодействия света с материей, а также для исследования квантовых систем в более широком контексте.

Уточнения

Свет — электромагнитное излучение, воспринимаемое человеческим глазом. В качестве коротковолновой границы спектрального диапазона, занимаемого светом, принят участок с длинами волн в вакууме 380−400 нм (750−790 ТГц), а в качестве длинноволновой границы — участок 760−780 нм (385−395 ТГц).

Конденса́т Бо́зе—Эйнште́йна (бо́зе-эйнште́йновский конденса́т бо́зе-конденса́т) — агрегатное состояние вещества, основу которого составляют бозоны, охлаждённые до температур, близких к абсолютному нулю (меньше миллионной доли кельвина).