Physiker erzeugen eindimensionales Gas aus Lichtteilchen und prüfen theoretische Modelle

BerlinForschern der Universität Bonn und der Universität Kaiserslautern-Landau (RPTU) ist es gelungen, ein eindimensionales Gas aus Lichtpartikeln zu erschaffen. Dieser Durchbruch ermöglichte es ihnen, theoretische Konzepte zur Entstehung dieses Materiezustands erstmals zu überprüfen. Ihre Ergebnisse wurden in der Zeitschrift "Nature Physics" veröffentlicht.

Die Forscher sammelten Photonen in einem kleinen Bereich und kühlten sie gleichzeitig ab. Mit einer präzisen Strukturierungsmethode fingen sie die Photonen in winzigen Strukturen ein. Diese Polymere begrenzen die Bewegung der Photonen auf nur eine Richtung.

Wichtige Aspekte des Experiments umfassen:

• Licht in mikroskopisch kleinen Behältern mit einer Farbstofflösung zu fangen.
• Eine Laserquelle zu verwenden, um die Lösung zu stimulieren, wodurch Licht zwischen reflektierenden Wänden hin und her wandert.
• Transparente Polymerstrukturen auf die reflektierenden Oberflächen aufzutragen, um Fallen für das Licht zu schaffen.

Das Abkühlen eines Photonen-Gases kann zur Kondensation führen, aber bei einem eindimensionalen Gas wird dieser Prozess aufgrund thermischer Fluktuationen weniger eindeutig. Solche Systeme verhalten sich anders als ihre zweidimensionalen Gegenstücke. Obwohl Phasenübergänge in eindimensionalen Systemen weniger ausgeprägt sind, werden sie dennoch von der Quantenphysik beeinflusst.

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Diese Forschung ist von großer Bedeutung für die Quantenoptik. Das Verständnis der Veränderung von Dimensionen kann zu neuen Anwendungen führen. Beispielsweise könnte diese Methode helfen, bessere Quanten-Sensoren zu entwickeln oder Komponenten von Quantencomputern zu verbessern.

Die Möglichkeit, die Dimensionen des Photongases präzise zu steuern, eröffnet neue Forschungswege:

• Verbesserte Kontrolle über die Phasenübergangspunkte in Quantensystemen.
• Neue Methoden zur Manipulation von Licht in begrenzten Umgebungen.
• Potenzielle Anwendungen in der Quanteninformationsverarbeitung.
• Erweiterte Untersuchungen zu entarteten Quantengasen.

Thermische Schwankungen beeinflussen eindimensionale Photongase, indem sie in verschiedenen Bereichen Verhaltensänderungen hervorrufen. Diese Fluktuationen machen den Phasenübergang weniger präzise. Durch das Verstehen und Reduzieren dieser Schwankungen können wir Quantensysteme stabilisieren und zuverlässiger machen.

Mit zunehmender Kontrolle über diese eindimensionalen Systeme durch Wissenschaftler können wir in Zukunft noch mehr Fortschritte erwarten. Obwohl sich die Forschung noch im grundlegenden Stadium befindet, könnten daraus neue Quantentechnologien hervorgehen. Das Europäische Forschungsrat (ERC) und die Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) haben diese Studie finanziert.