Квантовая магия: как свет приобрел сверхтвердое состояние

Можно ли представить себе свет как нечто плотное, твердое, но в то же время текучее? Оказывается, да! Физики смогли превратить свет в экзотическую форму материи, которая одновременно обладает свойствами твердого тела и жидкости. Это открытие поможет ученым лучше понять квантовую природу вещества.

Свет как новое состояние материи

"Мы фактически превратили свет в твердое тело. Это довольно впечатляюще", — делится впечатлениями Димитрис Трипогеоргос из Национального исследовательского совета Италии (CNR).

Еще десять лет назад его коллега Даниэле Санвитто доказал, что свет может вести себя как жидкость. Теперь же команда ученых смогла создать не просто твердую форму света, а квантовое "сверхтвердое" состояние — материал, сочетающий свойства сверхтекучести и кристаллической структуры.

Уникальные свойства квантового вещества

Сверхтекучие твердые тела не имеют вязкости, но при этом их атомы располагаются в строгом порядке, как в кристаллах соли. В обычном мире аналогов таких материалов нет — их удавалось получить только при экстремально низких температурах, когда начинают доминировать квантовые эффекты. Однако новый эксперимент позволил добиться этого эффекта при совершенно иной технологии.

Как удалось "заковать" свет в сверхтвердое состояние?

Результаты работы, опубликованные в журнале Nature, показывают, что ученые использовали вместо традиционно охлажденных атомов полупроводник — арсенид алюминия-галлия — и лазер. По словам Санвитто, ключевой сложностью стало точное измерение характеристик преобразованного света.

Исследователи впервые смогли доказать, что он действительно приобрел свойства одновременно твердого тела и сверхтекучей жидкости.

Почему это важно

По мнению профессора Альберто Брамати из Сорбонны, этот эксперимент — важный шаг к пониманию фазовых переходов в квантовой материи. Теперь предстоит изучить свойства нового состояния вещества более глубоко, но уже очевидно, что оно может оказаться проще в управлении, чем аналогичные структуры на основе ультрахолодных атомов.

Уточнения

Агрега́тное состоя́ние вещества (от лат. aggrego "присоединяю") — физическое состояние вещества, зависящее от соответствующего сочетания температуры и давления. Изменение агрегатного состояния может сопровождаться скачкообразным изменением свободной энергии, энтропии, плотности и других физических величин.