Fysiker skapar endimensionell gas med ljuspartiklar och öppnar för nya kvanttillstånd.

StockholmForskare från universitetet i Bonn och universitetet i Kaiserslautern-Landau (RPTU) har framgångsrikt skapat en endimensionell gas med hjälp av ljuspartiklar. Detta genombrott gjorde det möjligt för dem att för första gången verifiera teoretiska idéer om hur detta tillstånd av materia bildas. Deras upptäckter publicerades i tidskriften "Nature Physics."

Forskarna samlade in fotoner i ett litet område och kylde dem samtidigt. De använde en noggrann struktureringsmetod för att fånga fotoner i små strukturer. Dessa polymerer begränsar fotonernas rörelse till enbart en riktning.

Viktiga delar av experimentet inkluderar: Att begränsa fotoner i mikroskopiskt små behållare fyllda med en färglösning. En laser används för att excitera lösningen, vilket får fotonerna att studsa mellan reflekterande väggar. Transparenta polymerstrukturer appliceras på de reflekterande ytorna för att skapa fällor för fotonerna.

Nedkylning av en fotongas kan leda till kondensering, men i en en-dimensionell gas blir denna process mindre tydlig på grund av termiska fluktuationer. Därför beter sig dessa system annorlunda än sina två-dimensionella motsvarigheter. Även om fasövergångar är mindre tydliga i en-dimensionella system, påverkas de fortfarande av kvantfysik.

Läs också:

Idag · 13:15

Ny forskning: Kvantfysik revolutionerar omvandling av spillvärme till elenergi med över 60 % effektivitet

Denna forskning är mycket betydelsefull för kvantoptik. Att undersöka hur dimensioner förändras kan leda till nya användningsområden. Till exempel kan denna konfiguration bidra till att skapa bättre kvantsensorer eller förbättra delar av kvantdatorer.

Möjligheten att noggrant styra dimensionerna av fotongasen öppnar nya vägar för forskning:

• Förbättrad kontroll över fasövergångspunkterna i kvantsystem.
• Nya metoder för att manipulera ljus i begränsade miljöer.
• Potentiella tillämpningar inom kvantinformationsbearbetning.
• Avancerade studier av degenererade kvantgaser.

Termiska fluktuationer påverkar endimensionella fotongaser genom att orsaka variationer i beteendet i olika områden. Dessa fluktuationer gör fasövergången mindre exakt. Genom att förstå och minska dessa fluktuationer kan vi stabilisera kvantsystem och göra dem mer tillförlitliga.

När forskare blir skickligare på att hantera dessa endimensionella system, kan vi förvänta oss ännu fler framsteg framöver. Även om denna forskning fortfarande befinner sig i ett tidigt skede, kan den bana väg för nya kvantteknologier. Denna studie finansierades av Europeiska forskningsrådet (ERC) och Tyska forskningsfonden (DFG).