Fysici creëren eendimensionale gasvorm uit lichtdeeltjes, verrassende doorbraak in quantumfysica

AmsterdamOnderzoekers van de Universiteit van Bonn en de Universiteit van Kaiserslautern-Landau (RPTU) zijn erin geslaagd een eendimensionaal gas te creëren met lichtdeeltjes. Deze doorbraak stelde hen in staat voor het eerst theoretische ideeën over de vorming van deze materietoestand te verifiëren. Hun bevindingen zijn gepubliceerd in het tijdschrift "Nature Physics."

De onderzoekers verzamelden fotonen in een klein gebied en koelden ze tegelijk. Ze gebruikten een gedetailleerde structuurmethode om de fotonen in kleine structuren te vangen. Door deze polymeren wordt de beweging van fotonen beperkt tot slechts één richting.

Belangrijke aspecten van het experiment zijn:

• Photonen opsluiten in microscopisch kleine containers gevuld met een kleurstofoplossing.
• Een laser gebruiken om de oplossing te exciteren, waardoor fotonen tussen reflecterende wanden stuiteren.
• Transparante polymeerstructuren toepassen op de reflecterende oppervlakken om valstrikken voor de fotonen te creëren.

Het koelen van een fotonengas kan leiden tot condensatie, maar in een eendimensionaal gas wordt dit proces minder duidelijk door thermische fluctuaties. Hierdoor gedragen deze systemen zich anders dan hun tweedimensionale tegenhangers. Hoewel faseovergangen minder uitgesproken zijn in eendimensionale systemen, worden ze nog steeds beïnvloed door kwantumfysica.

Lees ook:

Vandaag · 13:15

Nieuwe doorbraak: quantumfysica verbetert omzetting van warmte naar stroom voor duurzame energieoplossingen

Dit onderzoek is van groot belang voor de quantumoptica. Het bestuderen van veranderingen in dimensies kan nieuwe toepassingen opleveren. Zo zou deze opstelling kunnen helpen bij het ontwikkelen van betere quantumsensoren of het verbeteren van onderdelen van quantumcomputers.

De mogelijkheid om de afmetingen van het fotonengas nauwkeurig te beheersen biedt nieuwe onderzoeksmogelijkheden:

• Verbeterde controle over overgangspunten in kwantumsystemen.
• Nieuwe methoden om licht in begrensde omgevingen te manipuleren.
• Potentiële toepassingen in kwantuminformatieverwerking.
• Gevorderd onderzoek naar gedegradeerde kwantumgassen.

Thermische fluctuaties beïnvloeden eendimensionale fotongassen door verschillende gedragsvariaties in diverse regio's te veroorzaken. Deze fluctuaties maken de faseovergang minder nauwkeurig. Door deze fluctuaties te begrijpen en te verminderen, kunnen we quantum systemen stabiliseren en betrouwbaarder maken.

Naarmate wetenschappers de controle over deze eendimensionale systemen verbeteren, kunnen we in de toekomst nog meer vooruitgang verwachten. Hoewel dit onderzoek nog in een basisstadium verkeert, zou het kunnen leiden tot nieuwe quantumtechnologieën. Deze studie werd gefinancierd door de Europese Onderzoeksraad (ERC) en de Duitse Onderzoeksstichting (DFG).