Впервые получен конденсат Бозе-Эйнштейна из фотонов

Так фотонный конденсат выглядит в художественном представлении (иллюстрация Jan Klärs/ Universität Bonn).

Конденсат Бозе-Эйнштейна из фотонов, вместо привычных уже для физиков атомов, удалось получить группе учёных из Боннского университета (Universität Bonn).

Для получения Бозе-Эйнштейновского конденсата частицы следует очень сильно охладить. Но для фотонов охлаждение фактически означает исчезновение, к тому же чем ниже температура излучающего тела, тем меньше число самих фотонов. Поэтому долгое время создание необычного состояния для света считалось невозможным.
Физики из университета Бонна нашли способ обойти это препятствие. Они использовали два зеркала с высокой отражающей способностью, между которыми поместили раствор с красителем. Его молекулы регулярно захватывали и вновь испускали проходящие фотоны.

В ходе этого процесса излучение снижало свою температуру до уровня температуры жидкости, то есть комнатной температуры. (Строго говоря, температура фотонов — это температура идеального абсолютно чёрного тела, которое выдавало бы такое же излучение.)

Схема опыта. Ниже показана резкая конденсация излучения (распределения интенсивности света в ловушке) по достижении фотонами критического числа. Слева – свет до, справа – после такого перехода (иллюстрации Jan Klärs, Julian Schmitt, Frank Vewinger, Martin Weitz/Nature).

При помощи лазера учёные значительно нарастили число фотонов, пойманных между зеркалами, так, что те в конце концов перешли в новое состояние — превратились в суперфотон, то есть стали вести себя как одна частица. Тут наблюдается аналогия с объединяющимися атомами в обычном Бозе-Эйнштейновском конденсате.

Создатели фотонного конденсата Бозе-Эйнштейна (слева направо): Юлиан Шмитт (Julian Schmitt), Ян Клерс, Франк Февингер (Frank Vewinger) и Мартин Вайтц (Martin Weitz) (фото Volker Lannert/ Universität Bonn).

Авторы эксперимента считают, что новый вид конденсата пригодится как в фундаментальных исследованиях (изучение слабо взаимодействующего практически двухмерного Бозе-газа), так и в прикладной физике. Например, фотонный конденсат может привести к созданию компактных источников когерентного излучения в ультрафиолетовом, а возможно, и рентгеновском диапазоне. Такие приборы в свою очередь будут охотно восприняты в ряде отраслей, в частности, в производстве микросхем.

Источник