物理学家揭示了由纯光组成的一维气体

物理学家首次用光粒子创造了一种一维气体。研究光子气体的行为可以帮助研究人员发现一些未知的量子光学效应。

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物理学家第一次创造了一种由纯光组成的一维气体，他们希望用它来研究光子或光粒子在量子水平上的行为。

科学家通过将激光发射到装满染料的反射容器中，使光束中的光子冷却并最终凝结，从而创造了一种新的物质状态，称为光子气体。研究人员于 9 月 6 日在《自然物理学》杂志上发表了他们的研究结果。 

“为了创造这些类型的气体，我们需要将大量光子集中在有限的空间中，并同时冷却它们，”该研究的资深作者、波恩大学的物理学家弗兰克·维温格 (Frank Vewinger) 在一份Frank Vewinger中说道。 u>声明。 

光子是玻色子，具有整数自旋的粒子，这意味着它们可以在给定时间占据相同的状态和空间。当玻色子气体冷却到接近零的温度时，它的所有粒子都会失去能量，进入相同的能量状态。 

由于我们只能通过观察气体云中相同的粒子的能级来区分它们，因此这种均衡具有深远的影响：曾经由振动、摇动、碰撞的粒子组成的不同云，组成了更温暖的气体，然后变成了更温暖的气体。 量子力学的观点，完全相同，创造了一种难以捉摸的物质形式，称为玻色-爱因斯坦凝聚态。

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以冷凝物形式存在会导致气体中粒子的位置变得高度不确定。结果，每个粒子可能占据的位置的面积变得比粒子本身之间的空间更大。那么，光子气体中重叠的光子就不再是离散的物体，而是就像一个巨大的粒子一样。

物理学家之前已经创造了二维光子气体。但仅将它们创建为一个要困难得多。

“当我们创造一维气体而不是二维气体时，情况有点不同，”维温格说。 “所谓的热波动发生在光子气体中，但它们在二维中是如此之小，以至于没有真正的影响。然而，在一维中，这些波动可以——形象地说——产生巨大的波浪。”

为了制造一维光子气体，研究人员在一个微型反射容器中填充了染料溶液，然后向其中发射激光。激光的光子在容器内来回反射，直到与染料分子碰撞，从而夺走它们的能量并导致它们聚集在一起。 

通过在容器的反射壁上应用透明聚合物，研究人员能够调整反射光的方式，使其有效地凝聚在一维或一条线上。

“这些聚合物的作用就像一种排水沟，但在这种情况下是为了光，”主要作者、波恩大学博士生 Kirankumar Karkihalli Umesh 在声明中说。 “这个沟槽越窄，气体的行为就越一维。”

通过研究新创造的一维光子气体，研究人员证实它的行为与其二维形式有很大不同。与二维光子气体不同，一维光子气体的热波动阻止它们在某些区域完全凝结。研究人员表示，这会在激光与其冷凝物形式之间产生部分相变，该冷凝物形式“涂抹”在气体中，就像尚未完全冻结的冰水一样。

研究人员表示，研究光子气体在不同维度上的差异可以帮助研究人员发现尚未发现的量子光学效应。