Πείραμα παγώνει το φως και το μετατρέπει σε «σούπερ φωτόνια»

Μια πληθώρα πρακτικών εφαρμογών υπόσχεται το παράξενο «συμπύκνωμα φωτονίων Μπόζε-Άινσταϊν», ή BEC φωτονίων, μια νέα μορφή φωτός που θολώνει τη διαχωριστική γραμμή ανάμεσα στην ύλη και την ακτινοβολία.Μια πληθώρα πρακτικών εφαρμογών υπόσχεται το παράξενο «συμπύκνωμα φωτονίων Μπόζε-Άινσταϊν», ή BEC φωτονίων, μια νέα μορφή φωτός που θολώνει τη διαχωριστική γραμμή ανάμεσα στην ύλη και την ακτινοβολία.

Τα πειράματα στο Πανεπιστήμιο της Βόννης θα μπορούσαν τελικά να οδηγήσουν στα πρώτα λέιζερ ακτίνων Χ, σε ηλιακούς συλλέκτες που λειτουργούν στη συννεφιά, ακόμα και σε ταχύτερα τσιπ υπολογιστών.

Το συμπύκνωμα Μπόζε-Άινσταιν (η ύπαρξή του προβλέφθηκε το 1924 από τον Άλμπερτ Άισταϊν και τον Ινδό φυσικό Σατιέντρα Ναθ Μπόζε) είναι μια κβαντική μορφή της ύλης που εμφανίζεται όταν ορισμένα άτομα ή άλλα σωματίδια συμπιέζονται σε έναν μικρό χώρο και ψύχονται κοντά στο απόλυτο μηδέν. Αποκτούν τότε την ίδια ενεργειακή κατάσταση και συμπεριφέρονται σαν ένα είδος «υπερατόμου».

Το πρώτο συμπύκνωμα Μπόζε-Άινσταιν (BEC), αποτελούμενο από άτομα ρουβιδίου και νατρίου, δημιουργήθηκε το 1995.

Όμως η δημιουργία ενός BEC από φως θεωρούνταν μέχρι σήμερα πρακτικά αδύνατη, αφού τα φωτόνια χάνονται όταν ψυχθούν. Αυτός εξάλλου είναι ο λόγος που αν κανείς κατεβάσει τη θερμοκρασία μιας λάμπας πυράκτωσης, ο λαμπτήρας απλά θα σβήσει.

Τελικά, όμως, υπάρχει λύση. Η ομάδα του καθηγητή Μάρτιν Βάιτς αρχικά παγίδευσε το φως ανάμεσα σε δύο καθρέπτες. Τα κάτοπτρα περιόρισαν την κίνηση των φωτονίων και τα ανάγκασαν έτσι να συμπεριφέρονται περίπου όπως θα συμπεριφέρονταν τα άτομα της ύλης.

Για να μειώσουν τη θερμοκρασία των φωτονίων, οι ερευνητές εισήγαγαν στο κενό ανάμεσα στους καθρέπτες μόρια χρωστικής, τα οποία απορροφούν το φως και στη συνέχεια το εκπέμπουν εκ νέου. Η συνεχής απορρόφηση και επανεκπομπή έφερε τελικά τα φωτόνια σε θερμική ισορροπία.

«Στη διάρκεια αυτής της διαδικασίας, τα φωτόνια απέκτησαν τη θερμοκρασία περιβάλλοντος» εξηγεί ο Δρ Βάιτς. «Με αυτόν τον τρόπο, έψυξαν το ένα το άλλο σε θερμοκρασία δωματίου χωρίς να εξαφανιστούν».

Στην τελική φάση, οι ερευνητές έστρεψαν στο κενό ανάμεσα στα κάτοπτρα μια δέσμη λέιζερ, προκειμένου να αυξήσουν την πυκνότητα των φωτονίων πάνω από ένα κρίσιμο όριο.

Το «υπερφωτόνιο» που προέκυψε εμφανίστηκε ως έντονη κίτρινη λάμψη, παρόμοια με το φως των λέιζερ, ανάμεσα στους δύο καθρέπτες.

Η εξωτική λάμψη του BEC, προβλέπουν οι ερευνητές, θα μπορούσε να αξιοποιηθεί σε λέιζερ με μήκος κύματος μικρότερο από του ορατού φωτός -λέιζερ στην περιοχή του υπεριώδους και των ακτίνων Χ.

Χάρη στο μικρό μήκος κύματος, λέιζερ αυτού του είδους θα μπορούσαν θεωρητικά να χρησιμοποιηθούν στη χάραξη κυκλωμάτων με πιο μικρές, και άρα πυκνότερες, δομές.

Η πειραματική διάταξη που παρουσίασαν οι ερευνητές θα μπορούσε επίσης να οδηγήσει σε ηλιακούς συλλέκτες που συλλέγουν φωτόνια από όλες τις κατευθύνσεις, και μπορούν επομένως να λειτουργούν ακόμα και στη συννεφιά.

Η εντυπωσιακή μελέτη δημοσιεύεται στο περιοδικό Nature.