物理学家创造一维光子气体

在他们的实验中，波恩大学和凯泽斯劳滕-兰道大学的物理学家观察到了光子(轻粒子)谐波捕获气体从一维到二维的维度交叉，并研究了其特性。光子被捕获在染料微腔中，聚合物纳米结构为光子气体提供了捕获势。通过改变陷阱的纵横比，研究人员从各向同性的二维限制调整到高度拉长的一维捕获势。该团队的论文发表在《自然物理学》杂志上。

波恩大学的弗兰克·维温格博士说：“为了用光子制造气体，我们需要在密闭空间内集中大量光子并同时冷却它们。”

在实验中，维温格博士和他的同事将染料溶液倒入一个微小的容器中，然后用激光激发它。

产生的光子在容器的反射壁之间来回反射。

每当它们与染料分子碰撞时，它们就会冷却，直到最终光子气体凝结。

通过改变反射表面的表面可以影响气体的维度。

凯泽斯劳滕-兰道大学的物理学家朱利安舒尔茨博士说：“我们能够将透明聚合物涂在反射表面上，以形成微观的突起。”

“这些突起使我们能够在一维或二维空间中捕获光子并将它们凝聚起来。”

波恩大学物理学家 Kirankumar Karkihalli Umesh 博士说：“这些聚合物的作用就像一种排水沟，但在这种情况下是用来导光的。”

“这个沟槽越窄，气体的行为就越单一。”

在二维空间中，凝结现象发生的温度有一个精确的极限——就像水在 0 摄氏度时结冰一样。物理学家称之为相变。

“然而，当我们创造一维气体而不是二维气体时，情况会有所不同，”Vewinger 博士说。

“所谓的热波动发生在光子气体中，但它们在二维中非常小，因此没有真正的影响。”

“然而，从某种意义上来说，这些波动可以——形象地说——掀起巨浪。”

这些波动破坏了一维系统的秩序，使得气体内的不同区域不再表现相同。

因此，当系统变得越发一维化时，相变(在二维中仍然可以精确定义)就会变得越来越模糊。

然而，它的性质仍然受量子物理的支配，就像二维气体的情况一样，这些类型的气体被称为简并量子气体。

这就像水在低温下会变成冰水，但冷却后却不会完全结冰。

“我们现在首次能够研究从二维到一维光子气体的转变过程中的这种行为，”Vewinger 博士说。

作者能够证明一维光子气体实际上并没有精确的凝结点。

通过对聚合物结构进行微小的改变，现在可以详细研究在不同维度之间转变时发生的现象。

目前这仍被视为基础研究，但它有可能为量子光学效应开辟新的应用领域。