Výskumníci po prvýkrát vytvorili jednodimenzionálny plyn zo svetla
Výskumníci po prvýkrát dokázali vytvoriť jednodimenzionálny plyn zo svetla a pozorovať čo sa s ním deje, keď prechádza dimenziami.
Výskumníci z University of Bonn vytvorili jednodimentionálny plyn zo svetla. To výskumníkom dovolilo po prvýkrát otestovať teoretické predpovede ohľadom prechodu do tohto exotického stavu hmoty.
Autori štúdie vysvetľujú, aby sme si predstavili človeka, ktorý stojí pri bazéne a napadne ho, že doňho napustí viac vody. Zoberie hadicu, namieri ju hore a voda po vysokom oblúku nakoniec dopadne na hladinu vody. V prvých sekundách sa hladina na mieste, kde dopadla voda, zvýši, no zakrátko tento vodný “hrboľ” zmizne, pretože sa voda distribuuje do zvyšku bazénu.
O niečo iná situácia ale nastáva, keď hadicou púšťame vodu do kanála. V takomto prípade vznikne na mieste dopadu vody vlna, pretože steny kanála bránia tomu, aby sa voda šírila do každého smeru. Voda môže tiecť len v smere kanála. Čím užší je kanál, tým väčšia je pôvodná vlna a tým viac sa stáva jednodimenzionálnou.
Prvé pozorovanie
To je proces, ktorý sa podarilo fyzikom z University of Bonn vytvoriť. Podobne ako pri vode v kanáli, výskumníci vytvorili podobný proces s plynom, ktorý sa skladá z častíc svetla. Na dosiahnutie popisovaného plynu výskumníci potrebovali koncentrovať obrovské množstvo fotónov v uzatvorenom priestore a zároveň ich chladiť.
Presnejšie vedci vyplnili drobnú nádobu roztokom farbiva a ten následne vzrušili pomocou laseru. Vznikli fotóny, ktoré sa odrážali zo strany na stranu od stien kontajnera. Na vytvorenie špecifických stien kontajnera výskumníci vytvorili špeciálu štruktúrovaciu metódu.
Neprehliadni
“Podarilo sa nám aplikovať transparentný polymér na odrazivé povrchy nádoby, čím sme vytvorili mikroskopické výčnelky. Tieto výčnelky nám dovoľujú uväzniť fotóny v jednej alebo dvoch dimenziách a následne ich kondenzovať,” tvrdí jeden z autorov štúdie, Julian Schulz.
Schulz ďalej vysvetľuje, že ak hovoríme o fotónoch v dvoch dimenziách, v tomto prípade existuje presný teplotný limit, pri ktorom dochádza ku kondenzácií. To je podobné vode, ktorá mrzne pri presne nula stupňoch Celzia. To sa vo fyzike nazýva zmena skupenstva. Ak ale výskumníci vytvoria jednodimenzionálny plyn namiesto dvojdimenzionálneho, celá situácia je o niečo iná.
“Existujú takzvané teplotné fluktuácie, ktoré sa odohrávajú vo fotónových plynoch. Tieto fluktuácie sú v dvoch dimenziách príliš malé, no v jednej dimenzii môžu narobiť veľké vlny,” dodáva Schulz.
Zvláštne javy kvantovej fyziky
Ide o fluktuácie, ktoré vedia zničiť usporiadanie jednodimenzionálnych sústav. Znamená to, že odlišné regióny plynu sa naďalej nebudú správať rovnako. Znamená to, že sa zmena skupenstva stáva menej nejasnou čím je určitý systém viac jednodimenzionálny. Aj vlastnosti jednodimenzionálneho systému ale podliehajú kvantovej fyzike.
To platí aj v prípade dvojdimenzionálnych plynov. Opäť raz výskumníci uvádzajú príklad z reálneho sveta. To, čo pozorovali počas práce sa podobá na vodu, ktorá sa pri nízkych teplotách premieňa na zvláštnu ľadovú vodu, no nikdy úplne nezamrzne.
Autorom štúdie sa podarilo po prvýkrát v histórii definovať správanie fotónového plynu pri prechode z dvoch dimenzii do jednej dimenzie. Výsledkom štúdie je, že jednodimenzionálne fotónové plyny nemajú presný kondenzačný bod. Autorom výskumu sa vďaka drobným zmenám polymérových štruktúr podarilo nájsť spôsob, ako lepšie preskúmať udalosti, ktoré sa odohrajú pri prechode fotónového plynu medzi dimenziami.
Momentálne výskumníci štúdiu radia k základnému výskumu. Na svojej práci však robia ďalej a veria, že ich objavy môžu otvoriť nové oblasti výskumu kvantových optických efektov. Čo sa ale samotných autorov týka, tí budú pokračovať presne v tom, čo tento ich výskum začal. Môžeme teda očakávať, že v budúcnosti nám autori štúdie prinesú nové zistenia, ku ktorým dospeli v budúcich prácach.
Komentáre