Может ли свет находиться в жидком состоянии?

Может ли свет находиться в жидком состоянии?

Жидкий свет – это, конечно же, небольшое преувеличение. Удачная, весьма наглядная аналогия. На самом деле речь идет о гораздо более экзотическом феномене, а именно о конденсате Бозе-Эйнштейна (КБЭ). Его иногда называют пятым состоянием материи. Первыми четырьмя, как многие помнят, являются твердое тело, жидкость, газ и плазма. КБЭ возникает, когда разрозненные прежде частицы начинают вести себя как единое целое, то есть как одна гигантская сверхчастица.

Это состояние материи искусственно вызывалось у атомов рубидия и калия, охлажденных почти до абсолютного нуля. При данной температуре они начинают вести себя одновременно как волны и частицы. Они теряют импульс, а длины их волн сливаются воедино. Индийский физик Шатьендранат Бозе и примкнувший к нему Альберт Эйнштейн предсказали существование КБЭ почти век назад. При этом второй из названных ученых считал, что увидеть это вещество, требующее чрезвычайно низкой температуры, будет нельзя. Невозможное стало возможным в 1995 году, когда ученые впервые создали конденсат Бозе-Эйнштейна из приблизительно 2000 атомов рубидия.

Альтернативный метод генерации КБЭ из света был обнаружен в 2010 году, причем он успешно работал при гораздо менее экстремальной температуре. При охлаждении фотоны стремятся спрятаться в стенках того контейнера, в который их загоняют физики-экспериментаторы. Понятно, что вынудить их вести себя согласованно практически невозможно. Исследователи придумали следующий выход: они заставили частицы отражаться от двух изогнутых зеркал, расположенных на расстоянии чуть более микрометра друг от друга.

Пространство между поверхностями было заполнено жидким красителем, который многократно поглощал и переизлучал фотоны, охлаждая их до комнатной температуры. Из-за неизбежной неидеальности зеркал определенная часть фотонов терялась, но за счет вливания дополнительного количества частиц, испускавшихся лазером, исследователям удалось генерировать конденсат Бозе-Эйнштейна и поддерживать его. Научный коллектив, придумавший эту технологию, до сих пор занимается экспериментами со светом, и не далее как в апреле 2021 года его представители заявили о том, что им удалось зафиксировать фазовые изменения КБЭ.

Интерферометр Маха-Цендера
Интерферометр Маха-Цендера

В октябре того же года другая исследовательская группа рассказала о том, что ей удалось увидеть «социальное поведение» света. Ученые проводили эксперименты с охлажденными фотонами, которые прогонялись через интерферометр Маха-Цендера. Особенностью его структуры является то, что он предоставляет фотонам два возможных направления движения, которые затем сходятся и снова расходятся. Частицы способны перемещаться обоими путями одновременно, но одну ветку можно подогреть – это изменит длину волны, из-за чего фотоны десинхронизируются и, снова встречаясь, генерируют интерференционную картину.

Ученые провели множество экспериментов, закрывая и открывая пути для фотонов. Особенно интересными получились опыты, когда одна дорожка была свободна, а вторая перегорожена. Исследователи заметили, что фотоны как будто «решают», какой выбрать путь. Предпочтение отдавалось закрытому маршруту, из-за чего частицы конденсата собирались вместе, демонстрируя то самое поведение, которое показалось ученым «социальным». Исследования, подобные описанным выше, помогают лучше изучить свойства конденсатов Бозе-Эйнштейна, которые, кстати, имеют потенциал практического применения. Считается, что они смогут в обозримом будущем быть использованы для создания квантовых компьютеров и средств связи.

Вас также может заинтересовать

Оставить комментарий

Другие записи из раздела Научное