فیزیکدانان یک گاز تک بعدی عجیب و غریب ایجاد کرده اند که فوتون ها را به دام می اندازد تا حالتی از ماده ایجاد کند که به آن میعان بوز-اینشتین (BEC) معروف است.
درست همانطور که یک conga-line در یک کنسرت راک برای جمعیت بسیار متفاوت حرکت می کند، رفتار ماده نیز تا حد زیادی به این بستگی دارد که آیا در یک صف یک بعدی محدود شده است یا مجاز است در یک منطقه دو بعدی پخش شود.
برای تعیین نقطه ای که این رفتار در یک سیستم کوانتومی تغییر می کند، محققان دانشگاه بن و دانشگاه کایزرسلاوترن-لانداو در آلمان آزمایشی را انجام دادند.
آنها به طور خاص به این موضوع علاقه مند بودند که چگونه انتقال به یک محفظه تک بعدی خواص حیاتی گاز را هنگام سرد شدن و تغییر فاز تغییر می دهد.
یک BEC زمانی شکل میگیرد که ذرات خاصی مانند فوتونها سرد میشوند و در فضایی به دام میافتند که آنها را مجبور میکند فردیت خود را رها کنند و عملاً تبدیل به گازی با هویت کوانتومی مشترک میشوند.
به لطف روش انتشار گرما و فازی کوانتومی، انتقال به این حالت زمانی که ذرات ابعاد کمتری داشته باشند و بتوانند آزادانه در آن حرکت کنند، بسیار دشوارتر است.
فرانک وینگر، فیزیکدان از دانشگاه بن، می گوید: وقتی به جای گاز دو بعدی، یک گاز یک بعدی ایجاد کنیم، اوضاع کمی متفاوت است.
به اصطلاح نوسانات حرارتی در گازهای فوتون اتفاق می افتد، اما آنها در دو بعد آنقدر کوچک هستند که هیچ تاثیر واقعی ندارند.
برای فعال کردن سوئیچ به گاز یک بعدی، محققان از یک ظرف کوچک به نام ریزحفره استفاده کردند و آن را با محلول رنگ پر کردند. از لیزر برای رهاسازی فوتون ها در محلول استفاده شد که خنک شدن آنها را تسهیل کرد. دیوارههای انعکاسی ظرف، خواص موج مانند فوتونها را محدود میکردند و آنها را در یک فضای محدود نگه میداشتند.
مهمتر از همه، این تیم روشی را برای تولید برجستگی های میکروسکوپی در امتداد دیواره های بازتابنده با استفاده از یک پلیمر شفاف ابداع کرد که به آرامی آزادی فوتون ها را کاهش می دهد.
Kirankumar Karkihalli Umesh فیزیکدان از دانشگاه بن می گوید: این پلیمرها مانند یک نوع ناودان عمل می کنند، اما در این مورد برای نور هستند. ‘هرچه این ناودان باریکتر باشد، گاز یک بعدی تر رفتار می کند.’
تنظیمات آزمایشی به تیم اجازه داد تا پیشبینیهای نظری را در مورد نحوه شکلگیری میعانات BOSE در ابعاد مختلف تأیید کند. در آینده، ساختارهای پلیمری درون ریزحفره را میتوان برای آزمایش تئوریهای دیگر تنظیم کرد و رفتار اساسی این حالتهای بسیار غیرعادی ماده را بررسی کرد.
در حال حاضر، نشان داده شده است که گازهای فوتون یک بعدی دارای نقطه تراکم دقیقی نیستند، زیرا حرکت فوتونها بسیار محدود است و حتی در یک خط کنگا، قوانین فیزیک کوانتومی از فیزیک کلاسیک خارج میشود. این به اندازه کافی برای تشکیل یک حالت BEC با انرژی نسبتا کم مناسب است.
وینگر میگوید: ما اکنون توانستهایم این رفتار را برای اولین بار در انتقال از گاز فوتون دو بعدی به گاز یک بعدی بررسی کنیم.
