Бозе-эйнштейновская конденсация фотонов: новые состояния света в открытых системах

Конденсация фотонов Бозе-Эйнштейна: новые состояния света в открытой среде Короткое видео о том, как физики Боннского университета создают конденсат Бозе-Эйнштейна (КБЭ) света, и о том, как окружающая среда вызывает новые состояния света [Джулиан Шмитт, Боннский университет] == Deutsche Pressemitteilung == https://www.uni-bonn.de/news/074-2021 == Содержание видео == Переход между водой и льдом — это явление, которое в физике называется фазовым переходом. В нашей работе мы также наблюдаем фазовый переход, но здесь между двумя различными состояниями света. Мы наблюдаем осциллирующее и передемпфированное состояние конденсата Бозе-Эйнштейна (КБЭ) фотонов, которое проявляется только благодаря открытости системы. Для эксперимента мы используем два сильно отражающих зеркала, расположенных на расстоянии всего одного микрометра друг от друга. Пространство заполнено жидким раствором красителя, который поглощает и излучает свет, что приводит к термализации фотонов при комнатной температуре. При большом количестве фотонов возникает бозе-эйнштейновский конденсат. Основой для нашего нового наблюдения является открытость системы, которую мы можем очень хорошо контролировать. Во-первых, фотоны теряются из полости, что мы компенсируем, накачивая краситель. Во-вторых, мы связываем фотоны с большим резервуаром. Это приводит к сильным флуктуациям между конденсатом и резервуаром. Это очень важный компонент для наблюдения фаз. По сути, мы исследуем отклик системы на эти флуктуации. То, что мы обнаруживаем, захватывает — БЭК не всегда ведет себя одинаково: в то время как для больших конденсатов мы наблюдаем осциллирующую динамику отклика, для очень малых конденсатов динамика ведет себя как биэкспоненциальный распад. Переход между динамическими фазами происходит точно в исключительной точке, которая также была предсказана теоретической моделью, разработанной в рамках этого теоретико-экспериментального сотрудничества. Наблюдение неэрмитова фазового перехода открывает новые направления исследований, такие как изучение множественных связанных фотонных конденсатов в новых фазах, которые возникают только потому, что система является открытой. == Пресс-релиз == Единственный «суперфотон», состоящий из многих тысяч отдельных частиц света: Около десяти лет назад исследователи из Боннского университета впервые получили такое экстремальное агрегатное состояние и представили совершенно новый источник света. Это состояние называется оптическим бозе-эйнштейновским конденсатом и с тех пор привлекает внимание многих физиков, поскольку этот экзотический мир частиц света является домом для собственных физических явлений. Исследователи во главе с профессором Мартином Вайцем, открывшим суперфотон, и теоретическим физиком профессором Йоханном Кроха вернулись из своей последней «экспедиции» в квантовый мир с очень особенным наблюдением. Они сообщают о новом, ранее неизвестном фазовом переходе в оптическом бозе-эйнштейновском конденсате. Это так называемая передемпфированная фаза. Результаты могут в долгосрочной перспективе иметь значение для зашифрованной квантовой связи. Исследование опубликовано в журнале Science. Подробнее: https://www.uni-bonn.de/news/074-2021 == Публикация == Фахри Эмре Озтюрк, Тим Лаппе, Горан Хеллманн, Джулиан Шмитт, Ян Клаерс, Франк Вевингер, Йоханн Кроха и Мартин Вайц: Наблюдение неэрмитовского фазового перехода в оптическом квантовом газе. Science, DOI: 10.1126/science.abe9869 == Боннский университет == Видео: Боннский университет / Себастьян Эккерт