Фотонный конденсат поможет создать новый прибор освещения и длинноволновые лазеры

Физики Боннского университета (ФРГ) взглянули на мир в новом свете. С помощью зеркал и смекалки им удалось охладить фотоны до состояния «суперфотонов» и изобрести тем самым невиданный источник освещения. До сих пор получение конденсата Бозе — Эйнштейна из фотонов считалось невозможным.

«Сверхчастицы» возникали и раньше, но из света — никогда. Возьмём, к примеру, атомы рубидия, поместим их в небольшую ёмкость и охладим до температуры, близкой к абсолютному нулю. Вскоре они придут в минимально возможное квантовое состояние. В теории фотоны должны вести себя аналогичным образом, но если вы начнёте их охлаждать, они просто исчезнут.

Хорошо, давайте теперь посмотрим на лампочку. При наличии электрического тока нить накала нагревается и начинает светиться — сначала красным, потом жёлтым и, наконец, голубым. Примерно то же самое, только мысленно, физики проделывают с абсолютно чёрным телом: нагревают его, пока оно не начинает излучать волны разной длины в зависимости от температуры.

При охлаждении абсолютно чёрного тела оно в какой-то момент перестаёт излучать в видимом спектре, переходя на инфракрасные фотоны. В этом и заключается фотонная проблема: по мере снижения температуры уменьшается плотность излучения. Сохранение определённого количества фотонов при охлаждении оказалось почти неразрешимой задачей для исследователей конденсата Бозе — Эйнштейна.

Чтобы избежать рассеивания фотонов, их надо заставить двигаться. Для этого немецкие учёные использовали два зеркала, которые постоянно «отфутболивали» фотоны. При этом фотоны сталкивались с молекулами пигмента, расположенными между двумя отражающими слоями. Эти молекулы поглощали фотон и затем выбрасывали его обратно. С каждым таким столкновением фотоны медленно охлаждались до температуры молекул, то есть до комнатной.

Открытие имеет огромное значение с далеко идущими практическими последствиями, особенно для производства микросхем. Сегодняшние лазеры не могут работать на волнах ультрафиолетового и рентгеновского диапазонов. С фотонным конденсатом Бозе — Эйнштейна это реально.

Неспособность изготавливать микросхемы с помощью коротковолнового лазера обуславливает нынешний предел прецизионности электрической цепи. Более мелкая гравировка означает появление более мощных микросхем, и это только начало. Ни одна технология из тех, что используют свет, — от медицинских средств визуализации и лабораторной спектроскопии до фотоэлектрической энергетики — не останется в стороне.