物理学家揭开了由纯光构成的一维气体

　　

　　

　　物理学家第一次用纯光创造了一种一维气体，他们想用它来研究光子或光粒子在量子水平上的行为。

　　科学家们通过向一个充满染料的反射容器发射激光，使光束中的光子冷却并最终凝结，创造了一种被称为光子气体的物质的新状态。研究人员在9月6日的《自然物理学》杂志上发表了他们的研究结果。

　　该研究的资深作者、波恩大学的物理学家弗兰克·维温格在一份声明中说:“为了制造这些类型的气体，我们需要将大量光子集中在一个有限的空间里，并同时冷却它们。”

　　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的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，进入相同的能态。

　　由于我们只能通过观察它们的能量水平来区分气体云中其他方面相同的粒子，这种均衡产生了深远的影响:从量子力学的角度来看，曾经完全不同的振动、抖动、碰撞的粒子云，构成了更温暖的气体，然后变得完全相同，创造了一种难以捉摸的物质形式，称为玻色-爱因斯坦凝聚物。

　　＇

　　以凝析形式存在导致粒子在气体中的位置变得高度不确定。结果，每个粒子可能占据的地方的面积比粒子本身之间的空间要大。光子气体中重叠的光子就像一个巨大的粒子一样，而不是离散的物体。

　　物理学家之前已经在二维空间中创造了光子气体。但是只用一种方法来创建它们是很棘手的。

　　维温格说:“当我们创造一维气体而不是二维气体时，情况会有所不同。”“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，没有真正的影响。然而，在一个维度上，这些波动可以——形象地说——产生巨大的波动。”

　　为了制造一维光子气体，研究人员在向一个微小的反射容器中注入染料溶液，然后向其发射激光。激光的光子在容器内来回反弹，直到它们与染料分子相撞，这剥夺了它们的能量，使它们聚集在一起。

　　通过在容器的反射壁上涂上一种透明聚合物，研究人员能够调整反射光线的方式，使光线有效地凝聚成一维或一条线。

　　“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，”波恩大学的博士生、该研究的主要作者基兰库马尔·卡尔基哈里·乌梅什在声明中说。“这个沟槽越窄，气体的行为就越一维。”

　　通过研究他们新创造的一维光子气体，研究人员证实它的行为与二维形式完全不同。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聚。根据研究人员的说法，这在激光和它的冷凝形式之间产生了部分相变，这种相变“涂抹”在气体上，就像没有完全冻结的冰水一样。

　　研究人员说，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。