17:47 10 Kwiecień 2021
Nauka I tech
Krótki link
144
Subskrybuj nas na

Niemieccy fizycy odkryli nieznaną wcześniej przejście fazowe w optycznym kondensacie Bosego-Einsteina i nowy stan kwantów światła – fazę nadmiernego zaniku. Wyniki, zdaniem autorów, mogą w przyszłości mieć ważne znaczenie, aby wdrożyć bezpieczną komunikację kwantową. Badanie zostało opublikowane w czasopiśmie Science.

W 2010 roku naukowcy z Uniwersytetu w Bonn pod kierownictwem profesora Martina Weitza po raz pierwszy otrzymali zupełnie nowe źródło światła – pojedynczy „superfoton”, składający się z wielu tysięcy oddzielnych świetlnych cząsteczek – swojego rodzaju kondensat Bosego-Einsteina - jest to skrajny stan skupienia materii, który występuje tylko w temperaturach bliskich zeru absolutnemu. Stan ten charakteryzuje się tym, że cząsteczki w takim systemie nie są już rozróżnialne i znajdują się głównie w stanie mechaniki kwantowej, to znaczy zachowują się jak jedna gigantyczna „supercząsteczka”, stan której można opisać za pomocą funkcji falowej.

W nowym eksperymencie naukowcy użyli tej samej konfiguracji, co 10 lat temu: wyławiali cząsteczki świetlne w rezonatorze, składającym się z dwóch zakrzywionych luster, znajdujących się w odległości nieco ponad mikrometru od siebie, które odbijają szybko poruszającą się ruchem posuwisto-zwrotnym wiązkę światła. Przestrzeń między lustrami wypełniono płynnym roztworem barwnika, który ochładza fotony. Dzieje się tak dzięki temu, że cząsteczki barwnika najpierw „połykają” fotony, a następnie ponownie je „wypluwają”, doprowadzając je do temperatury roztworu barwnika - odpowiednika temperatury pokojowej.

W pewnym momencie naukowcom udało się odnotować fazowe przejście w układzie uwięzionych cząstek światła. Autorzy wyjaśniają to przejście następująco:  półprzeźroczyste lustra powodują utratę i wymianę fotonów, tworząc nierównowagę, która powoduje, że układ zaczyna wibrować. W wyniku tego tworzą się dwie oddzielone od siebie fazy: waza wibracji i faza zaniku. W wyniku czego amplituda wibracji stopniowo się zmniejsza.

„Zaobserwowana przez nas faza nadmiernego zaniku odpowiada nowemu stanowi pola świetlnego”, przywołano w komunikacie prasowym uniwersytetu słowa pierwszego autora artykułu Fahri Emre Öztürk, doktoranta Instytutu Fizyki Stosowanej.

Autorzy zaznaczają, że zwykle działania lasera nie oddziela się od efektu kondensatu Bosego-Einsteina fazowym przejściem, i między tymi dwoma stanami nie ma dokładnie określonej granicy. Jednak w danym eksperymencie stan nadmiernego zaniku optycznego kondensatu Bosego-Einsteina oddzieliło się fazowym przejściem zarówno od stanu wibracyjnego jako i od światła standardowego lasera.

To dowodzi, że mamy do czynienia z dwoma oddzielnymi fazami, optycznego kondensatu Bosego-Einsteina

- mówi kierownik badania profesor Martin Weitz.

Naukowcy planują wykorzystać otrzymane wyniki do dalszych badań nad poszukiwaniem nowych stanów pola świetlnego w licznych systemach świetlnych, które pojawiają się w systemach światłowodowych. Mają nadzieję, że w przyszłości ich odkrycie będzie wykorzystywane w komunikacji kwantowej.

Jeśli w kondensatach światła pojawią się odpowiednie stany splątane mechanicznie kwantowo, może to być interesujące w przypadku przesyłania wiadomości zaszyfrowanych kwantowo

- zaznacza Öztürk.

W 2010 roku naukowcy z Uniwersytetu w Bonn pod kierownictwem profesora Martina Weitza po raz pierwszy otrzymali zupełnie nowe źródło światła – pojedynczy „superfoton”, składający się z wielu tysięcy oddzielnych świetlnych cząsteczek – swojego rodzaju kondensat Bosego-Einsteina - jest to skrajny stan skupienia materii, który występuje tylko w temperaturach bliskich zeru absolutnemu.

Stan ten charakteryzuje się tym, że cząsteczki w takim systemie nie są już rozróżnialne i znajdują się głównie w stanie mechaniki kwantowej, to znaczy zachowują się jak jedna gigantyczna „supercząsteczka”, stan której można opisać za pomocą funkcji falowej. W nowym eksperymencie naukowcy użyli tej samej konfiguracji, co 10 lat temu: wyławiali cząsteczki świetlne w rezonatorze, składającym się z dwóch zakrzywionych luster, znajdujących się w odległości nieco ponad mikrometru od siebie, które odbijają szybko poruszającą się ruchem posuwisto-zwrotnym wiązkę światła. Przestrzeń między lustrami wypełniono płynnym roztworem barwnika, który ochładza fotony.

Dzieje się tak dzięki temu, że cząsteczki barwnika najpierw „połykają” fotony, a następnie ponownie je „wypluwają”, doprowadzając je do temperatury roztworu barwnika - odpowiednika temperatury pokojowej. W pewnym momencie naukowcom udało się odnotować fazowe przejście w układzie uwięzionych cząstek światła.

Autorzy wyjaśniają to przejście następująco:  półprzeźroczyste lustra powodują utratę i wymianę fotonów, tworząc nierównowagę, która powoduje, że układ zaczyna wibrować. W wyniku tego tworzą się dwie oddzielone od siebie fazy: waza wibracji i faza zaniku. W wyniku czego amplituda wibracji stopniowo się zmniejsza.

„Zaobserwowana przez nas faza nadmiernego zaniku odpowiada nowemu stanowi pola świetlnego”, przywołano w komunikacie prasowym uniwersytetu słowa pierwszego autora artykułu Fahri Emre Öztürk, doktoranta Instytutu Fizyki Stosowanej. Autorzy zaznaczają, że zwykle działania lasera nie oddziela się od efektu kondensatu Bosego-Einsteina fazowym przejściem, i między tymi dwoma stanami nie ma dokładnie określonej granicy. Jednak w danym eksperymencie stan nadmiernego zaniku optycznego kondensatu Bosego-Einsteina oddzieliło się fazowym przejściem zarówno od stanu wibracyjnego jako i od światła standardowego lasera.

„To dowodzi, że mamy do czynienia z dwoma oddzielnymi fazami, optycznego kondensatu Bosego-Einsteina”, mówi kierownik badania profesor Martin Weitz.

Naukowcy planują wykorzystać otrzymane wyniki do dalszych badań nad poszukiwaniem nowych stanów pola świetlnego w licznych systemach świetlnych, które pojawiają się w systemach światłowodowych. Mają nadzieję, że w przyszłości ich odkrycie będzie wykorzystywane w komunikacji kwantowej.

Jeśli w kondensatach światła pojawią się odpowiednie stany splątane mechanicznie kwantowo, może to być interesujące w przypadku przesyłania wiadomości zaszyfrowanych kwantowo

- zaznacza Öztürk.

Zobacz również:

Gdzie się podziała woda z Marsa? Naukowcy wyjaśniają
Naukowcy odkryli w kosmosie „idealną kolebkę” dla narodzin życia
Tagi:
badania, fizyka, światło
Standardy społecznościDyskusja
Komentarz przez SputnikKomentarz przez Facebook
  • Komentarz