光的新状态:物理学家观察到光粒子的玻色·爱因斯坦凝结物的新阶段

2021年04月03日 23:43 次阅读 稿源:cnBeta.COM 条评论

玻色-爱因斯坦凝结物是一种极端的物理状态,通常只在极低的温度下出现。有什么特别之处呢?这个系统中的粒子不再是可区分的 而且主要处于相同的量子力学状态,换句话说,它们的行为就像一个巨大的 "超粒子"。因此,这种状态可以用一个单波函数来描述。

2010年,马丁·魏茨领导的研究人员首次成功地从光粒子(光子)中创造出一种玻色·爱因斯坦凝聚物。他们的特殊系统至今仍在使用。物理学家将光粒子困在一个由两面弧形镜子组成的共振器中,这两面镜子的间距刚好超过一微米,可以反射快速往复的光束。空间中充满了液态染料溶液,其作用是冷却光子。这是通过染料分子 "吞噬 "光子,然后再次吐出,使光粒子达到染料溶液的温度--相当于室温,该系统首先使冷却光粒子成为可能,因为光粒子的自然特性是冷却后会溶解。

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充满染料溶液的光学微共振器,右边是一个显微镜物镜,用于观察和分析共振器发出的光

相变就是物理学家所说的冰冻过程中水和冰之间的过渡。但是,在被困的光粒子系统中,特殊的相变是如何发生的呢?科学家们是这样解释的。半透明的镜面导致光子的流失和替换形成了一种非平衡状态,导致系统没有一个确定的温度而进入振荡状态,这就造成了这个振荡相和阻尼相之间的过渡。受阻尼意味着振动的幅度减小。

"我们观察到的过阻尼相位对应于光场的一种新状态,"主要作者Fahri Emre Öztürk说,他是波恩大学应用物理研究所的博士生。其特殊性在于,激光的效应与玻色·爱因斯坦凝聚物的效应通常不存在相变,两种状态之间也没有明确的边界。这意味着物理学家可以不断地在效应之间来回移动。

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与波恩大学应用物理研究所测量台上的光学装置

"然而,在我们的实验中,光学玻色·爱因斯坦凝结物的过湿状态与振荡状态和标准激光器都有一个相位转换,"研究负责人马丁·魏茨教授博士说。"这表明,存在玻色·爱因斯坦凝聚物,它实际上是一个不同于标准激光的状态。"换句话说,我们正在处理光学玻色·爱因斯坦凝聚物的两个不同阶段,"他强调。

研究人员计划将他们的发现作为进一步研究的基础,以寻找多重耦合光凝聚物中的新的光场状态,这也可能出现在系统中。"如果在耦合光凝结物中出现合适的量子力学纠缠状态,这对于在多个参与者之间传输量子加密信息可能是有趣的。"Fahri Emre Öztürk说。

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图为研究团队:波恩大学应用物理研究所的Martin Weitz教授、Julian Schmitt博士、Frank Vewinger博士、Johann Kroha教授和Göran Hellmann博士。资料来源: © Gregor Hübl/波恩大学 (Uni Bonn)

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