Впервые создан конденсат Бозе-Эйнштейна из фотонов

Конденсат Бозе-Эйнштейна из фотонов, вместо привычных уже для физиков атомов, удалось получить группе учёных из боннского университета (Universit?t Bonn).

Для получения бозе-эйнштейновского конденсата частицы следует очень сильно охладить. Но для фотонов охлаждение фактически означает исчезновение, к тому же, чем ниже температура излучающего тела, тем меньше число самих фотонов. Потому долгое время создание необычного состояния для света считалось невозможным.

Физики из университета Бонна нашли способ обойти это препятствие. Они использовали два зеркала с высокой отражающей способностью, между которыми поместили раствор с красителем, молекулы которого регулярно захватывали и вновь излучали проходящие фотоны.

В ходе этого процесса излучение снижало свою температуру до уровня температуры жидкости — то есть комнатной температуры. (Строго говоря, температура фотонов, это температура идеального абсолютно чёрного тела, которое выдавало бы такое же излучение).

Схема опыта. Ниже показана резкая конденсация излучения (распределения интенсивности света в ловушке) по достижении фотонами критического числа. Слева – свет до, справа – после такого перехода (иллюстрации Jan Kl?rs, Julian Schmitt, Frank Vewinger, Martin Weitz/Nature).

При помощи лазера учёные значительно нарастили число фотонов, пойманных между зеркалами так, что те в конце концов перешли в новое состояние — превратились в суперфотон, то есть стали вести себя как одна частица. Тут наблюдается аналогия с объединяющимися атомами в обычном бозе-эйнштейновском конденсате. (Подробности опыта можно найти в пресс-релизе университета и статье в Nature.)

Создатели фотонного конденсата Бозе-Эйнштейна (слева направо): Джулиан Шмитт (Julian Schmitt), Ян Клерс (Jan Kl?rs), Франк Февингер (Frank Vewinger) и Мартин Вайц (Martin Weitz) (фото Volker Lannert/ Universit?t Bonn).

Авторы эксперимента считают, что новый вид конденсата пригодится как в фундаментальных исследованиях (изучение слабо взаимодействующего практически двухмерного бозе-газа), так и в прикладной физике. Например, фотонный конденсат может привести к созданию компактных источников когерентного излучения в ультрафиолетовом, а возможно и рентгеновском диапазонах. Такие приборы, в свою очередь будут охотно восприняты в ряде отраслей, в частности, в производстве микросхем.