Относительно недавно ученым удалось получить гипотетический конденсат Бозе -Эйнштейна на основе фотонов. Вряд ли обычному человеку эта новость что-то сказала, но в мире науки данное открытие считается просто уникальным. В чем суть?
Конденсат Бозе — Эйнштейна был предсказан Альбертом Эйнштейном в 1925 году на основе работ индийского физика Бозе. Конденсат — это специфическая форма вещества, его новое пятое состояние. Это не жидкость, не газ, не твердое тело и не плазма. Когда вещество принимает такую форму, в нем проявляются квантовые эффекты. Вещество становится сверхтекучим. Все его атомы двигаются согласованно. По сути, конденсат становится одной большой квантовой частицей.
Теория существования сверхтекучего вещества была разработана в первой трети XX века, но получить его ученым удалось только через 70 лет. Причина заключалась в том, что частицы вещества должны были вести себя как единая квантовая система для получения предполагаемого конденсата. Для этого их нужно было охладить до температур ниже абсолютного нуля (-273,15 градуса Цельсия) на несколько миллионных долей градуса. Такие температуры называются нанокельвины. Они более чем в миллион раз ниже температуры межзвездного пространства.
В те годы физики просто не умели добиваться столь низких температур. К тому же, большинство веществ, охлажденных до температуры абсолютного нуля начинают вести себя как жидкости. Что бы получить конденсат Бозе — Эйнштейна, вещество должно остаться «газом», то есть не потерять подвижность.
В середине 1990-х годов стало известно, что щелочные металлы натрий и рубидий при охлаждении сохраняют нужные свойства для того, что бы превратится в конденсат. Для понижения температуры атомов рубидия до требуемых сверхнизких значений исследователи использовали лазерное охлаждение вместе с охлаждением испарением.
А вот в 2010 году немецкие ученые из Боннского университета получили конденсат Бозе — Эйнштейна из фотонов уже при комнатной температуре. Как им это удалось? Для эксперимента использовалась камера с двумя изогнутыми зеркалами. Пустое пространство между ними постепенно заполнялось фотонами. В один из моментов запускаемые фотоны теряли устойчивое состояние, в отличие находящихся там ранее частиц. Такие фотоны начинали конденсироваться и переходить в пятое агрегатное состояние материи. Это означает, что ученые получили конденсат Эйнштейна – Бозе при комнатной температуре, без охлаждения.
Применять сверхтекучее вещество можно в широком спектре задач. Например, в атомном лазере. Фотоны в обычном лазере имеют одинаковую энергию, фазу и длину волны. Если же они примут состояние конденсата, то существует возможность получить излучение для более эффективной работы лазера. К тому же метод получения конденсата из фотонов может найти применение в солнечной энергетике. Это позволит в будущем повысить эффективность солнечных элементов при пасмурной погоде.
