Odkryli nowy rodzaj światła

Fizycy stworzyli nowe światło dzięki schłodzeniu fotonów. Teraz fotony zachowują się jak zwykłe cząstki.

Dokładnie tak jak w przypadku stałego, ciekłego i lotnego stanu skupienia, także ten nowy kształt fotonów jest rodzajem skupienia materii. Nazywany jest kondensatem Bosego-Einteina. Powstał po raz pierwszy w 1995 toku dzięki schłodzeniu atomów gazu.

Jak dotąd, naukowcy sądzili, że fotonów do tego stanu doprowadzić sie nie da. Jednak Janowi Klärsowi, Julianowi Schmittowi, Frankowi Vewingerowi i Martinowi Weitzowi Z Uniwersytetu w Bonn udało się tego dokonać. W ten sposób powstały "super fotony".

Cząstki w zwykłym kondensacie Bodego-Einsteina schładzane są do temperatury zbliżającej sie do zera absolutnego. Wówczas sklejają się i stają sie nieodróżnialne, zachowując sie jak jedna wielka cząstka. Fotony są jednak cząstkami nie posiadającymi masy, a dodatkowo zwykle podczas chłodzenia zostają zaabsorbowane przez otoczenie i znikają. Niemieccy naukowcy musieli zatem znaleźć nowy sposób chłodzenia, który nie unicestwiałby przedmiotu badań.

- Wielu uważało, że to niemożliwe, ale ja byłem pewien, że nasz sposób zadziała – mówi Weitz. Jaki to sposób? Naukowcy skonstruowali pułapkę z luster, w której uwięzili fotony tak, aby znajdowały się bardzo blisko siebie, zaledwie w odległosci 1 mikrona jeden od drugiego. Pomiędzy lustrami umieścili zaś molekuły barwnika. Kiedy fotony uderzały w te cząsteczki, były absorbowane i emitowane ponownie. Liczba fotonów zatem nie zmniejszyła się – po prostu pojawiały się i znikały w kontakcie z barwnikiem. W trakcie tego ping-ponga były stopniowo schładzane, aż osiągnęły temperaturę zbliżona do pokojowej. Cóż, do absolutnego zera było jeszcze daleko, ale okazało się, że to wystarczyło.

- To, czy temperatura jest wystarczająca, zależy od gęstości cząstki – wyjaśnia Klärs. -  Nasz foton jest miliard razy rzadszy niż gaz i dlatego otrzymaliśmy kondensat w temperaturze pokojowej - dodaje.

W efekcie fotony wchodzą w stan, w którym zachowują sie jak zwykłe cząstki. Po raz kolejny okazuje się – co rozgrzewa obecnie debatę w fizyce kwantowej – że cząstki mogą zachowywać się zarazem jak obiekty punktowe, a także jak fale. – Kondensat Bosego-Einsteina to jakby przejście z zachowania charakterystycznego dla cząstek w wysokich temperaturach do zachowania  charakterystycznego dla fali w temperaturach niskich -  podsumowuje Klärs. – I działa to zarówno w przypadku gazów atomowych, jak i fotonowych.

(ew/livescience.com)