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.