Версия для слабовидящих
Предложен более простой метод создания фотонного конденсата Бозе — Эйнштейна Печать Email
Новости науки
26.03.2014
В целом частицы можно разделить на фермионы и бозоны (с полуцелым и целым значением спина). Когда вы охлаждаете бозоны до температур, близких к абсолютному нулю, они могут сконденсироваться в коллективное состояние материи, известное как конденсат Бозе — Эйнштейна, когда довольно большое число атомов оказывается в идентичном квантовом состоянии, что позволяет наблюдать разные необычные феномены, вроде той же сверхпроводимости.

Первый опыт по получению конденсата имел дело с атомами рубидия, охлаждёнными почти до абсолютного нуля. Слева — данные по распределению скорости атомов до появления конденсата, в центре — сразу после, справа — через некоторое время. (Илл. R. Zhang.)


От теоретического постулирования конденсата в 1925 году до его первого обнаружения в лаборатории прошло 60 лет, но до покорения всех вершин, связанных с этим явлением, всё ещё очень далеко. В частности, конденсат получали на основе атомов рубидия в газообразном состоянии, хотя было бы куда лучше иметь дело с фотонами. Кроме чисто теоретического значения, такой результат мог бы найти и применение — в лазерах с необычными свойствами или даже новых типах солнечных батарей.

Но могут ли фотоны «сконденсироваться»? Частицы света не имеют массы, а ведь её наличие кажется ключевым требованием для получения конденсата Бозе — Эйнштейна. Чтобы преодолеть эту сложность, физики пробовали удерживать свет в оптическом резонаторе, между двумя параллельными светоотражающими пластинами, что заставило бы фотоны вести себя так, словно масса у них есть. Чтобы свет не «утекал» из такой ловушки, её стенки следует выполнять слегка искривлёнными.

В 2010 году было экспериментально показано, что создание такой ловушки вполне реально, но оставались серьёзные проблемы с интерпретацией результатов таких опытов. Чтобы быть уверенными в них, надо было выполнить несколько специфических требований. Во-первых, вся система должна быть двумерной, абсолютно плоской, что весьма непросто реализовать в трёхмерном мире. Во-вторых, нужна уверенность, что среда между фотонами (а это не воздух) не влияет на их «конденсацию» при охлаждении.

Поэтому Алексей Крючков из Швейцарской политехнической школы в Лозанне разработал новую математическую модель, описывающую процессы «конденсации» частиц света в трёхмерном пространстве и при реальных условиях окружающей среды. Для этого он учёл влияние среды оптического резонатора на поведение пойманных туда фотонов и ввёл в модель статистику бозе-эйнштейновского конденсата для 3D-условий. Что особенно важно, его теоретическая модель фотонной конденсации соответствует измерениям, полученным в ходе экспериментов. Кроме того, она показала, что энергия света действительно может быть накоплена в таком конденсате.

Общая схема одной из ранее предложенных оптических ловушек, пригодных для создания фотонного «конденсата» (илл. J. Schmit).


По сути, модель предполагает более полную теорию фотонного конденсата Бозе — Эйнштейна, создавая новое направлении в современный физике. Сам феномен, по г-ну Крючкову, можно будет наблюдать при комнатной температуре (как и в опытах 2010 года), что делает его много более доступным в техническим смысле, чем те сверхнизкие температуры, при которых конденсат Бозе — Эйнштейна возникает в гелии-4 или атомах, подвергаемых лазерному охлаждению, вроде того же рубидия.

Именно благодаря отсутствию низких температур предполагается, что феномены той же степени необычности, как сверхтекучесть и тому подобное, теперь могут быть использованы и в коротковолновых (рентгеновских?) лазерах нового поколения, и, быть может, в солнечных батареях, чтобы «конденсировать» входящий солнечный свет и тем самым минимизировать его потери при преобразовании в электричество.

Пока неясным остаётся только вот что: можно ли в одном оптическом резонаторе получить более одного типа фотонной «конденсации»? Если можно, то общие возможности систем такого рода могут быть даже шире, чем считается.

Отчёт об исследовании вскоре появится в журнале Physical Review A, а с его препринтом можно ознакомиться здесь.

Подготовлено по материалам Швейцарской политехнической школы в Лозанне.

Источник - http://compulenta.computerra.ru/veshestvo/fizika/10012152/

 

Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта