Fyzici vytvořili kvantový plyn z fotonů, který je extrémně stlačitelný  
Nový design optického mikrorezonátoru přinesl první homogenní fotonový plyn, v němž fotony fungují podobně jako atomy či molekuly v běžném plynu. Díky kvantové degeneraci je po překročení určité hustoty velmi snadno stlačitelný. Výzkum by mohl přinést praktické aplikace v podobě nových senzorů.
Optický mikrorezonátor v experimentu. Kredit: Volker Lannert/ University of Bonn.
Optický mikrorezonátor v experimentu. Kredit: Volker Lannert/ University of Bonn.

Plyny jsou, na rozdíl od kapaliny, poměrně dobře stlačitelné. Platí pro ně jednoduché pravidlo – čím je plyn hustší, tím je obtížněji stlačitelný. Jak se ale ukazuje, toto pravidlo není absolutní. Fyzici německé Universität Bonn vytvořili plyn z fotonů. Fotony v tomto případě fungují podobně jako atomy či molekuly v běžném plynu.

 

Julian Schmitt druhý zleva. Kredit: Gregor Hübl/University of Bonn.
Julian Schmitt druhý zleva. Kredit: Gregor Hübl/University of Bonn.

Vedoucí výzkumného týmu Julian Schmitt a jeho kolegové postavili optický mikrorezonátor, prostor ohraničený zrcadly, do něhož „pumpovali“ fotony. Fotonový plyn se nejprve choval dle zmíněného pravidla a s rostoucí hustotou fotonů byl obtížněji stlačitelný. Když ale tento svérázný plyn dosáhl určité hustoty, najednou se to změnilo. Fotonový plyn se náhle stal naprosto stlačitelným, bez patrného odporu.

 

Logo. Kredit: Universität Bonn.
Logo. Kredit: Universität Bonn.

Jak vysvětluje Schmitt, jde o fyzikální kouzlo z hájemství kvantové mechaniky. Fotony jsou poněkud rozostřené svým výskytem v prostoru. Když se za větších hustot dostanou blíž k sobě, tak se jejich pozice začnou překrývat. Vznikne kvantový degenerovaný plyn, který je stlačitelný jedna báseň. Fotony vlastně splývají do jediného superfotonu, tedy do fáze Boseho-Einsteinova kondenzátu.

 

Podobné fotonové plyny jsme již viděli dříve. Obvykle ale nejsou příliš homogenní a jejich koncentrace se v různých místech liší. Příčinou bývá tvar zařízení, v němž takový plyn vznikne. Jak uvádí první autor studie Erik Busley, s kolegy použili mikrorezonátor s mikrostrukturovaným plochým dnem. Díky tomu jako první vytvořili homogenní kvantový fotonový plyn.

 

Výsledky experimentů Schmittova týmu mají význam pro základní výzkum. Kromě toho ale nabízejí i zajímavé praktické využití v podobě nových senzorů pro měření nepatrných sil.

 

Video: Physicists create extremely compressible "light gas"

 

Literatura

Universität Bonn 25. 3. 2022.

Science 375: 1403–1406.

Datum: 28.03.2022
Tisk článku



Diskuze:

kvantový fotónový plyn

Roman Madala,2022-03-29 06:50:02

To by pokojne mohlo byť aj v čiernych dierach, fotónov je tam dosť :)

Odpovědět


Re: kvantový fotónový plyn

Mintaka Earthian,2022-03-30 15:35:05

Také mě to v této souvislosti napadlo.
Jak by tento poznatek mohl ovlivnit naše teorie o chování černých děr?

Odpovědět


Re: Re: kvantový fotónový plyn

Roman Madala,2022-03-31 07:49:32

Ak je fotónový pyn stlačiteľný, pozostatok hviezdy by mohol byť zložený iba z fotónov a to čo z hmoty zostalo má podstatne menšie rozmery než sme si mysleli. Horizont udalostí, ktorý pozorujeme, by nebol skutočný objekt, ale iba gravitačné pole - extrémne zdeformovaný časopriestor?

Odpovědět

Nedal by se tak vytvořit

Pavel Nedbal,2022-03-28 22:59:29

paprsek s menší rozbíhavostí, než nejlepší lasery? Hodilo by se pro komunikaci, nebo jako tlačný pro fotonové plachetnice.

Odpovědět


Diskuze je otevřená pouze 7dní od zvěřejnění příspěvku nebo na povolení redakce








Tento web používá k poskytování služeb, personalizaci reklam a analýze návštěvnosti soubory cookie. Používáním tohoto webu s tím souhlasíte. Další informace