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








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