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关于玻色-爱因斯坦凝结物:液态光的光子流动像“社交行为”

前瞻网    2021-10-11 10:02

 

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光子,光粒子,真的会凝结吗?“液态光”又将如何表现?凝聚光是玻色-爱因斯坦凝聚的一个例子。

玻色–爱因斯坦凝聚(BEC)是一种典型的波,其中独立的粒子不能再被看到。有一种物质的波,一种通常在接近绝对零度的温度下形成的超流体。例如,氦气在这些温度下成为超流体,具有非凡的特性。这种现象是爱因斯坦在100年前,根据萨特延德拉·纳特·玻色(Satyendra Nath Bose)的工作预测的,这种物质状态是以研究人员的名字命名。

这个理论已经存在100年的时间,如今,特文特大学(University of Twente)的研究人员在室温下也证明了这种效应。为此,他们创造了一个带有通道的微型镜子,光子在其中实际上像液体一样流动。在这些通道中,光子通过选择导致最低损失的路径,试图作为一个群体呆在一起,因此,在某种程度上,展示了“社会行为”。

能形成玻色-爱因斯坦凝结物的一种基本粒子是光子,即光粒子。研究团队开发了一种带有通道的镜像结构。穿过通道的光表现得像一个超流体,而且还在一个首选方向上移动。在这种情况下不需要极低的温度,它在室温下也能工作。

这种结构是著名的马赫-曾德尔(Mach-Zehnder)干涉仪,其中一个通道分裂成两个通道,然后又重新连接起来。在这种干涉仪中,光子波的性质表现出来,其中一个光子可以同时出现在两个通道中。在重合点,有两个选择:光线既可以进入一个封闭的通道,也可以进入一个开放的通道。

研究团队发现,液体通过调整其振荡频率来决定自己要走的路径。在这种情况下,光子试图通过选择导致最低损失的路径来保持在一起,即封闭的通道。研究者表示,可以把它称为“社会行为”。而其他类型的玻色子,如费米子,更喜欢保持分离。

镜子的结构有点类似于激光器,光在两个镜子之间来回反射。主要的区别在于镜子的极高反射率:99.9985%。这个数值是如此之高,以至于光子没有机会逃脱;它们将再次被吸收。正是在这个环境下,光子气体开始通过热化取得与室温相同的温度。从技术上讲,它就类似于黑体的辐射,辐射与物质处于平衡状态。这种热化是普通激光器和光子的玻色-爱因斯坦凝结物之间的关键区别。

在电阻为零的超导设备中,玻色-爱因斯坦凝结物发挥着重要作用。现在提出的光子微结构可以作为解决数学问题系统中的基本单元。但最主要的是,这项研究显示了对光的另一个显著特性的洞察力。

题为“Modified Bose-Einstein condensation in an optical quantum gas”的相关研究论文发表在《自然-通讯》上。

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责任编辑: 3976DBC

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