Jen sedm fotonů může fungovat jako miliardy

ДОКЛАД ИСКОННАЯ ФИЗИКА АЛЛАТРА. ВИДЕО-ВЕРСИЯ. ALLATRA SCIENCE (Smět 2019).

Anonim

Systém sestávající z pouhých pár částic působí stejně jako větší systémy, což umožňuje vědcům snadnější studium kvantového chování.

Většina látek, které fyzici studují, jsou tvořeny obrovským počtem částic - tak velký, že v podstatě neexistuje žádný rozdíl mezi behaviorálními vlastnostmi kapky nebo hodnotou čisté vody v bazénu. Dokonce i jedna kapka může obsahovat více než čtrnáct částic.

To umožňuje pochopit jejich kolektivní chování relativně snadné. Například jak voda v kapkách, tak v bazénu zmrazí při 0 ° C a vaří při 100 ° C.

Takovéto "fázové přechody" (tj. Z kapaliny na pevnou látku nebo z kapaliny na plyn) se mohou v těchto velkých systémech objevit náhle, protože se jedná o tolik částic, které se zdá, že působí najednou. Ale co v mnohem menších systémech? Pokud existuje jen hrst částic, platí stejná pravidla fázových přechodů?

Na zodpovězení těchto otázek vytvořil tým vědců z Imperial College London, Oxfordská univerzita a Karlsruhe technologický institut v Německu systém méně než 10 fotonů, základní částice světla. Výsledky jejich experimentů, publikované dnes v Nature Physics, ukazují, že fázové přechody se stále vyskytují v systémech sestávajících z průměrných sedmi částic.

Studium kvantového chování částic je mnohem snazší s menším počtem částic, takže skutečnost, že fázové přechody se vyskytují v těchto malých systémech, znamená, že vědci mají lepší schopnost studovat kvantové vlastnosti, jako je soudržnost.

Vedoucí autor Dr. Robert Nyman z katedry fyziky v Imperial řekl: "Teď, když je potvrzeno, že" fázový přechod "je v tak malých systémech stále užitečným pojetím, můžeme prozkoumat vlastnosti způsobem, který by nebyl možný u větších systémy.

"Zejména můžeme studovat kvantové vlastnosti hmoty a světla - co se děje v nejmenším měřítku, když dochází k fázovým přechodům."

Systém, který studoval tým, byl foton Bose-Einsteinův kondenzát (BEC). BEC se tvoří, když je plyn z kvantových částic tak chladný nebo tak blízko, že už nelze rozlišit. BEC je stav hmoty, která má velmi odlišné vlastnosti od pevných látek, kapalin, plynů nebo plazmatu.

Tým zjistil, že přidáním fotonů do systému by došlo k fázovému přechodu na BEC, jakmile systém dosáhne sedmi fotonů, méně než u jiných BEC, které byly dříve zaznamenány. Jelikož byl tak malý, přechod byl méně náhlý než ve větších systémech, jako jsou bazény s vodou, ale skutečnost, že přechod nastala v předvídatelném bodě, zrcadlí dobře větší systémy.

Systém byl vytvořen jednoduchým zařízením - některým fluorescenčním barvivem a zakřivenými zrcadly. To znamená, že i když je užitečné při studiu kvantových vlastností, systém by mohl být použit pro vytváření a manipulaci se zvláštními světelnými stavy.

Spolupráce Dr. Florian Mintert z katedry fyziky v Imperial říká: "S nejlepším ze dvou odlišných světů - fyziky fázových přechodů a dostupnosti malých systémů - tento neobvyklý světelný zdroj má potenciální využití při měření nebo snímání. "

menu
menu