Физики впервые измерили критическое поведение фотонного газа

Учёные из Боннского университета, Гейдельбергского университета и Национального автономного университета Мексики впервые наблюдали критическое масштабирование в двумерном газе из световых частиц. Исследование опубликовано в журнале Science Advances. Об этом сообщает портал Phys.org.

Эксперимент показал, что непосредственно перед конденсацией Бозе-Эйнштейна термодинамические величины в фотонном газе резко возрастают или расходятся. Учёные измерили пространственные корреляции почти невзаимодействующего газа фотонов, удерживаемого в зеркальной коробке, и определили критический показатель — величину, описывающую рост корреляционной длины при изменении температуры.

Фотоны охлаждали внутри оптического микрорезонатора с раствором красителя. При поглощении и излучении света молекулами красителя частицы «термализовались» до начала квантовой фазы конденсации. Одно из зеркал резонатора предварительно структурировали лазером на нанометровом уровне, создавая потенциал в форме коробки. Угловое распределение света фиксировали камерой и анализировали с помощью преобразования Фурье.

Эксперимент впервые доказал, что фотонные газы образуют отдельный универсальный класс физических систем. Как вода при критической точке мутнеет из-за опалесценции, так и фотонный газ демонстрирует быстро растущую корреляционную длину. Результат заполняет пробел в физике фазовых переходов и открывает перспективы для исследований систем вне теплового равновесия и будущих применений в оптике.