Вперше в історії фізики вчені з Італії створили суперсолідний стан матерії, використовуючи світло. Дослідження проведено в Національній дослідницькій раді Італії (CNR), а його результати опубліковано в журналі Nature. Відкриття може сприяти розвитку нових квантових і фотонних технологій, оскільки дозволяє детальніше вивчати квантові властивості світла в контрольованих умовах.
Що таке суперсолід і чому це важливо?
Суперсолід — це квантовий стан матерії, що поєднує властивості твердої речовини та рідини. Він має кристалічну структуру, як у звичайного твердого тіла, але водночас може текти без тертя, як надплинна рідина.
З моменту першого експериментального підтвердження існування суперсолідів вони були створені лише з атомів. Однак італійським ученим вдалося досягти цього ефекту зі світлом — носієм енергії, а не матерії. Це відкриває нові перспективи для дослідження квантових ефектів у фотонних системах.
Як створили суперсолід із фотонів?
Світло саме по собі не є матерією, тому вчені використали спеціальну методику для створення його квантової структури:
-
Використання лазера
Дослідники спрямували лазерне випромінювання на напівпровідник з арсеніду галію, що забезпечив необхідну взаємодію між фотонами та матерією. -
Створення квазічастинок (поляритонів)
Світло вступило в контакт із збудженнями у напівпровіднику, що призвело до утворення поляритонів — особливих квазічастинок, які ведуть себе як квантові рідини. -
Контроль за квантовими станами
Спеціально розроблена структура арсеніду галію допомогла впорядкувати фотони у три різні квантові стани. Це дозволило утворити так званий “зв’язаний стан у континуумі” (BiC). -
Відтворення властивостей суперсоліда
Отримана система набула якості твердого тіла завдяки просторовій структурі поляритонів, одночасно зберігаючи можливість руху без втрат енергії.
Підтвердження нового стану світла
Створити новий стан матерії – лише половина справи. Щоб підтвердити, що отримана структура дійсно є суперсолідом, італійські вчені провели кілька ключових експериментів.
Аналіз розподілу фотонів
Один із головних критеріїв суперсолідності – наявність одночасно твердоподібної структури та здатності до надплинності. Вчені дослідили щільність фотонів у створеній системі та виявили характерні закономірності. На отриманій карті щільності було видно дві яскраво виражені пікові області, розділені проміжком. Такий розподіл є ознакою порушення трансляційної симетрії – характерної риси суперсолідів.
Перевірка квантової когерентності
Наступним кроком було дослідження когерентності стану, тобто наскільки стабільними залишаються квантові властивості світлового суперсоліда. Для цього вчені використали метод інтерферометрії. Вони виміряли взаємодію фотонів у різних зонах системи та перевірили, чи зберігається когерентність як у кожному окремому квантовому стані, так і в системі загалом.
Результати підтвердили: фотони дійсно організувалися у впорядковану структуру, яка поводиться як тверда речовина, але зберігає квантові властивості рідини. Це стало остаточним доказом того, що вчені вперше створили суперсолід із фотонів.
Що означає це відкриття?
Як зазначає Даніеле Санвітто з Інституту нанотехнологій CNR, цей експеримент не лише підтверджує можливість створення суперсолідного стану в фотонних системах, а й відкриває нові перспективи для вивчення квантових станів матерії в нерівноважних системах. Дослідження дозволяє зменшити розрив між теоретичною фізикою та практичними застосуваннями, що може привести до нових технологічних проривів у найближчому майбутньому.
Раніше ми також писали, що вперше у світі: вчені надрукували пеніси свиней та відновили їхню ерекцію
