Işıktan oluşturulan tek boyutlu gaz

Bose-Einstein yoğunlaşması

10 Eylül 2024 19:25 Robert Klatt

Fizikçiler ilk kez tek boyutlu bir ışık gazı oluşturmak için özel bir reflektör odası kullandılar. Gaz, daha önce deneysel olarak araştırılamayan teorik fizik tezlerinin test edilmesini mümkün kılıyor.

Bonn (Almanya). Elektromanyetik radyasyonu oluşturan ışığın küçük parçacıkları olan fotonlar normalde birbirleriyle pek etkileşime girmez. Maddenin diğer parçacıklarının aksine, dikkatleri dağılmadan birbirlerini geçebilirler ve hatta aynı anda aynı yerde olabilirler. Ancak belirli koşullar altında fotonlar, örneğin optik Bose-Einstein yoğunlaşmasında etkileşime girerek hafif parçacıkların bir süperfoton gibi davranmasına neden olabilir.

Işığın başka bir egzotik hali de “hafif gaz” olarak adlandırılan durumdur. Bu durum, fotonların atomlara benzer şekilde davranmasına ve birbirlerinin yolundan uzak durmasına neden olarak ışıktan bozonik bir gaz oluşturan özel reflektör odalarında elde edilebiliyor.

Tek boyutlu hafif gaz üretildi

fizikçi Rheinische Friedrich-Wilhelms-Universität Bonn Kirankumar çevresinde Umesh ilk kez tek boyutlu hafif bir gaz yarattı. Uzman dergisindeki yayınlarına göre Doğa Fiziği Bunu yapmak için bilim insanları bir reflektör odasını özel bir boya çözeltisiyle değiştirdiler. Bu ışık kafesi daha sonra fotonları yanal veya dikey olarak hareket edemeyecek şekilde yakalayabildi.

“Polimer yapıları ayna yüzeylerinden birine basarak fotonları sınırlamak için yeni bir teknik kullanıyoruz.”

Bilim adamlarına göre polimer yapılar, kullanılan ışığın dalga boyundan daha küçük. Bu nedenle fotonların hareket özgürlüğünü sınırlayabilirler; bu da fizikçilerin ilk kez bir veya iki boyutlu hafif gazın optik Bose-Einstein yoğunlaşmasına dönüştürüldüğünde hangi süreçlerin meydana geldiğini gözlemlemesine olanak tanıdı.

Tek boyutlu gazda güçlü termal dalgalanmalar

Deney sırasında fizikçiler, iki boyutlu hafif gaz yoğunlaştırıldığında optik Bose-Einstein yoğunlaşmasına net bir geçiş olduğunu gözlemleyebildiler. Tanınabilir sınır, sıvı sudan buza faz geçişine benzer.

“Foton gazlarında sözde termal dalgalanmalar var. Ancak bunlar iki boyutta o kadar küçük ki daha fazla bozulmaya neden olmuyorlar.”

Ancak tek boyutlu hafif gazda termal dalgalanmalar o kadar güçlüydü ki düzenli bir geçiş yoktu. Fizikçilere göre sistem ne kadar tek boyutluysa, faz geçişi de o kadar “lekeli” oluyordu. Onlara göre bu süreç, düşük sıcaklıklarda buzlu suya dönüşen ancak asla tamamen donmayan suya benzer.

“İki boyuttan tek boyutlu foton gazına geçişte bu davranışı araştırmayı ilk kez başardık.”

Gözlemler, güçlü dalgalanmalar nedeniyle tek boyutlu bir foton gazında keskin bir yoğunlaşma noktasının bulunmadığını öne süren teorik fizikteki teorileri ilk kez deneysel olarak doğruluyor. Bu başarı göz önüne alındığında, fizikçiler ışık kafeslerini sınırlı fotonlar hakkında daha ileri tahminleri araştırmak için kullanmak istiyorlar. Bu, daha sonra kuantum optik etkilerine yönelik yeni uygulamaların temelini oluşturabilecek temel araştırmadır.

Doğa Fiziği, doi: 10.1038/s41567-024-02641-7