

来自波恩大学的物理学家们正在以一种全新的方式看待事物,这确实名副其实。通过巧妙地运用镜子和一些高明的科学技术,那里的研究人员创造了一种全新的光源,他们将光子冷却到能够凝聚成一个 “超光子” 的程度。由光子组成的所谓玻色-爱因斯坦凝聚体,直到现在,人们都认为是不可能的。
“超粒子”以前也曾被创造出来,但从未由光子构成。例如,将铷原子冷却到足够低的温度并置于一个紧凑的空间内,它们会迅速变得 indistinguishable,表现得像一个单一的粒子(称为玻色-爱因斯坦凝聚体)。理论上,这同样适用于光子。但事实并非如此,因为如果你开始冷却光子,它们就会消失。也许正如预期的那样,光并不容易被冷却。
想象一下一个灯泡;当你施加电流时,灯丝会变热,并开始发出不同颜色的光——先是红色,然后是黄色,再是蓝色。科学家们将这类光-热与一个称为黑体的理论模型进行比较,它在被加热到一定温度之前是暗的,一旦被加热到一定温度,它就会根据温度发出不同波长的光(点击下方的源链接了解更多信息)。
当黑体冷却时,在某个时刻它将不再辐射可见光谱中的光,而是发出红外光子。而这正是光子的问题所在——随着温度和辐射强度的降低,光子的数量也会随之减少。在冷却它们的同时保持足够数量的光子聚集在一起,一直是创造由光子组成的玻色-爱因斯坦凝聚体的根本难题。
防止光子消散的关键在于:让它们保持运动。波恩大学的团队使用镜子让光子在两面镜子之间来回反弹。时不时地,光子会与放置在反射表面之间的溶解的颜料分子发生碰撞,这些分子实际上会吸收光子,并在每次碰撞后将它们吐出。但每一次碰撞,光子都会慢慢地采用颜料分子的温度,相互冷却到室温,而不会在这个过程中丢失。
撇开物理学不谈,这项发现有很多值得称道之处。最值得注意的是,这是一种全新的光,具有巨大的工业应用潜力,尤其是在芯片制造领域。目前,激光器无法在紫外线和X射线等非常短的波长下工作。研究人员表示,通过光子玻色-爱因斯坦凝聚体,这应该成为可能。
激光器无法在较短波长下蚀刻芯片,这限制了它们在硅上设计电路的精度。更精细的蚀刻可以带来更高性能的微芯片,而这仅仅是开始。当你创造出一种全新的光时,从医学成像和实验室光谱学到光伏发电等一切领域都将受益。