Физики создали сжимаемый квантовый газ
Исследователи из Боннского университета (Германия) создали газ из легких частиц, который можно сжимать до невероятной степени. Кроме того, полученные в ходе эксперимента результаты подтвердили предсказания основных теорий квантовой физики.
Исследование опубликовано в журнале Science, а коротко о нем рассказывает Phys.org. Газы обычно состоят из атомов или молекул, которые вращаются в пространстве с определенной скоростью. В этом отношении они очень похожи свет, который состоит из фотонов. И эти фотоны, как предсказывает теория, тоже можно рассматривать как газ. Следовательно, их можно сжимать при определенных условиях почти без усилий.
Данное теоретическое предсказание в ходе эксперимента и было проверено авторами нового исследования. Для этого, как объясняет соавтор работы доктор Джулиан Шмит, частицы света были помещены в крошечную коробку из зеркал. Чем больше фотонов ученые туда помещали, тем плотнее становился фотонный газ. Причем чтобы создать газ с переменным числом частиц и четко определенной температурой, исследователи использовали "тепловую ванну".
"Мы поместили молекулы в зеркальный ящик, который был способен поглощать фотоны, — объясняет Шмитт. — Впоследствии они испускали новые фотоны, которые в среднем обладают температурой молекул, примерно соответствующей комнатной температуре".
В ходе эксперимента было учтено и то, что фотонные газы обычно не имеют однородной плотности, то есть в одних местах частиц содержится гораздо больше, чем в других. А для проведения эксперимента ученым был необходим однородный квантовый газ. Его им буквально пришлось создавать.
Для этого в зеркальной ловушке было обустроено специальное плоское дно, созданное с помощью метода микроструктурирования. Оно помогло ученым впервые создать однородный квантовый газ из фотонов, а затем сжать его до невероятной степени, не прилагая при этом больших усилий для самого сжатия.
Тем самым, впервые экспериментально была подтверждена одна из основных теорий квантовой физики. Авторы работы пишут, что в будущем подтвержденная ими квантовая сжимаемость газа позволит разработать новые датчики, при помощи которых можно будет измерять самые крошечные силы. А это открывает новые технологические перспективы.
