Optický mikrorezonátor v experimentu. Kredit: Volker Lannert/ University of Bonn.

Plyny jsou, na rozdíl od kapaliny, poměrně dobře stlačitelné. Platí pro ně jednoduché pravidlo – čím je plyn hustší, tím je obtížněji stlačitelný. Jak se ale ukazuje, toto pravidlo není absolutní. Fyzici německé Universität Bonn vytvořili plyn z fotonů. Fotony v tomto případě fungují podobně jako atomy či molekuly v běžném plynu.

Julian Schmitt druhý zleva. Kredit: Gregor Hübl/University of Bonn.

Vedoucí výzkumného týmu Julian Schmitt a jeho kolegové postavili optický mikrorezonátor, prostor ohraničený zrcadly, do něhož „pumpovali“ fotony. Fotonový plyn se nejprve choval dle zmíněného pravidla a s rostoucí hustotou fotonů byl obtížněji stlačitelný. Když ale tento svérázný plyn dosáhl určité hustoty, najednou se to změnilo. Fotonový plyn se náhle stal naprosto stlačitelným, bez patrného odporu.

Logo. Kredit: Universität Bonn.

Jak vysvětluje Schmitt, jde o fyzikální kouzlo z hájemství kvantové mechaniky. Fotony jsou poněkud rozostřené svým výskytem v prostoru. Když se za větších hustot dostanou blíž k sobě, tak se jejich pozice začnou překrývat. Vznikne kvantový degenerovaný plyn, který je stlačitelný jedna báseň. Fotony vlastně splývají do jediného superfotonu, tedy do fáze Boseho-Einsteinova kondenzátu.

Podobné fotonové plyny jsme již viděli dříve. Obvykle ale nejsou příliš homogenní a jejich koncentrace se v různých místech liší. Příčinou bývá tvar zařízení, v němž takový plyn vznikne. Jak uvádí první autor studie Erik Busley, s kolegy použili mikrorezonátor s mikrostrukturovaným plochým dnem. Díky tomu jako první vytvořili homogenní kvantový fotonový plyn.

Výsledky experimentů Schmittova týmu mají význam pro základní výzkum. Kromě toho ale nabízejí i zajímavé praktické využití v podobě nových senzorů pro měření nepatrných sil.

Video: Physicists create extremely compressible "light gas"

Literatura

Universität Bonn 25. 3. 2022.

Science 375: 1403–1406.