物理学家用光创造出一维气体 实现奇异的量子态

物理学家成功地将光粒子变成了一种他们称之为"奇异的物质状态"--一维气体。他们是通过将光子限制在一个极小的空间内并对其进行冷却来做到这一点的。至少可以说，结果是惊人的。

这项实验由波恩大学和凯泽斯劳滕-兰道大学（RPTU）的团队进行，他们从一个日常现象中汲取灵感--花园水管灌满水池与灌满水沟的对比。当水流到水池表面时，水会向外扩散，水位的任何变化都微乎其微，因为它是横向扩散的。但如果将水流射入狭窄的水沟，就会产生集中的水波，沿着水沟的长度方向传播。

研究人员指出："水沟越窄，波的振幅就越高，因此也就越'一维'。"

从根本上说，物理学家们通过制造"微观上的小水槽"将这种现象微型化，从而将光线限制在类似的一维路径上。他们的方法是在一个微小的容器中注入染料溶液，然后用激光对其进行刺激。由此产生的光子在反射壁之间跳射，每次与染料分子碰撞都会损失能量，直至最终凝聚成光子气体。

最重要的是，这种光子物质的维度可以通过调整容器内的反射表面来进一步调整。

"我们能够在反光表面涂上透明聚合物，形成微观上很小的突起，"来自 RPTU 的 Julian Schulz 解释说。"这些突起使我们能够在一维或二维范围内捕获光子并将其凝聚。这些聚合物的作用就像一种水沟，但在这种情况下是针对光的，"该研究的主要作者 Kirankumar Karkihalli Umesh 说。"这种水沟越窄，气体的表现就越单一"。

说到一维行为，研究人员发现，管理这些奇异物质状态的规则与传统的二维光子气体不同。例如，相变开始变得混乱。在普通物质中，材料会发生精确的相变--想想水在0度时会结冰。然而，在低维度中，热波动会破坏这种相变。

"所谓的热波动发生在光子气体中，但它们在二维空间中非常小，不会产生实际影响。然而，在一维中，这些波动可以--形象地说--掀起大浪，"Vewinger 解释说。

听起来研究人员似乎打破了量子物理定律，但事实并非如此。气体的特性仍然受量子物理定律的支配--这种气体被称为"退化量子气体"。他们把这些气体比作水，水在低温下可以变成泥浆，而不会完全冻结。

不过，这项研究仍然很有启发性，因为研究人员能够证明单维光子气体实际上并没有一个精确的凝结点。展望未来，他们希望更深入地挖掘跨越不同维度的现象，同时利用"量子光学效应"开启新的应用。