Немецкие физики обнаружили ранее неизвестный фазовый переход в оптическом конденсате Бозе — Эйнштейна и новое состояние квантов света — сверхдемпфированную фазу. Соответствующее исследование опубликовали в научном журнале Science.

Еще в 2010 году научные исследователи из Боннского университета под руководством профессора Мартина Вайца впервые получили новый источник света — одиночный «суперфотон», который состоит из тысяч различных отдельных частиц света.

Конденсат Бозе — Эйнштейна представляет собой экстремальное агрегатное состояние вещества, возникающее исключительно при температурах, которые близки к абсолютному нулю. Такое состояние характеризуется тем, что частицы в этой системе уже нельзя различить - они находятся в квантово-механическом состоянии и ведут себя как одна гигантская «суперчастица», состояние которой возможно описать волновой функцией.

В своем новом эксперименте ученые использовали ту же самую установку, что и десять лет назад: улавливали световые частицы в резонаторе, состоящем из двух изогнутых зеркал, расположенных на расстоянии чуть более микрометра друг от друга, которые отражают быстрый возвратно-поступательный луч света. Пространство между зеркалами заполнено жидким раствором красителя, который охлаждает фотоны. Это достигается за счет того, что молекулы красителя сначала «проглатывают» фотоны, а затем снова их «выплевывают», доведя до температуры раствора красителя — эквивалента комнатной температуры.

В один из моментов ученые смогли зафиксировать фазовый переход в системе захваченных легких частиц. Это явление объяснили тем, что полупрозрачные зеркала вызывают потерю и замену фотонов, создавая неравновесие, которое как раз и приводит к тому, что система начинает колебаться. В результате образуются две разделенные между собой фазы: фаза колебаний и фаза затухания, в которой амплитуда вибрации постепенно сокращается.

В этом исследовании сверхзатухающее состояние оптического конденсата Бозе — Эйнштейна отделялось фазовым переходом как от колебательного состояния, так и от света стандартного лазера. Это дало профессорам основание утверждать, что дело имеется с двумя отдельными фазами оптического конденсата Бозе — Эйнштейна.

Полученные результаты ученые планируют использовать для предстоящих исследований, направленных на поиск новых состояний светового поля в множественных связанных световых конденсатах, возникающих в оптических системах. Профессора выразили надежду, что в дальнейшем их открытие может быть использовано в области квантовой связи.