Физики из Боннского университета под руководством Андреаса Редманна провели исследование, результаты которого опубликованы в журнале Physical Review Letters. В своей работе они успешно создали конденсат Бозе-Эйнштейна из фотонов, используя краситель и два почти идеальных зеркала. Этот успех позволяет наблюдать квантовые свойства фотонов в масштабе, доступном для невооруженного глаза, и открывает новые возможности для изучения и создания запутанных квантовых состояний.
Для достижения основного состояния фотонного газа, что позволило бы наблюдать квантовые эффекты на макроскопическом уровне, ученые использовали метод термализации, заключающийся в вымораживании тепловых колебаний. Это привело к превращению фотонного газа в конденсат Бозе-Эйнштейна — особое агрегатное состояние вещества, при котором большинство бозонов, частиц с целым спином, находятся в минимально возможном квантовом состоянии. В традиционных экспериментах для создания таких состояний применяются оптические решетки, с помощью которых атомы охлаждаются до экстремально низких температур.
Однако в данном случае физики пошли другим путем. Они использовали два зеркала, которые отражали 99,997 процента света, и краситель, заполняющий пространство между ними, для охлаждения фотонов до комнатной температуры. Чтобы добиться этого, ученые структурировали положение фотонов в пространстве, заперев их между зеркалами. Межзеркальное расстояние составляло всего 1,8 микрометра и было заполнено раствором красителя Родамин 6G в этиленгликоле. Этот краситель, широко используемый в лазерной физике и флуоресцентной микроскопии, поглощал и переизлучал фотоны, охлаждая их до температуры порядка 27 градусов Цельсия.
Для создания и поддержания нужного количества фотонов в системе физики применили квазинепрерывное лазерное излучение с длиной волны 532 нанометра. В результате этого эксперимента, фотоны достигли состояния, соответствующего диапазону длин волн от 579,7 до 584,1 нанометра, что подтвердило наличие конденсата Бозе-Эйнштейна при комнатной температуре. Полученные данные совпали с теоретическими предсказаниями, а визуализация излучения между зеркалами на камеру показала ожидаемое пространственное распределение фотонного газа.
Этот эксперимент не только подтвердил возможность создания фотонных бозе-конденсатов при комнатной температуре, но и открыл новые перспективы в разработке многочастичных запутанных состояний фотонов. Результаты работы могут сыграть важную роль в создании новых видов оптических кубитов, которые найдут применение в будущих квантовых вычислителях.
