Hace unos 10 años, investigadores de la Universidad de Bonn produjeron un estado de fotones agregados extremos, un único "superfotón" compuesto por muchos miles de partículas de luz individuales, y presentó una fuente de luz completamente nueva. El estado se llama condensado óptico de Bose-Einstein y desde entonces ha cautivado a muchos físicos. porque este mundo exótico de partículas de luz alberga sus propios fenómenos físicos. Investigadores dirigidos por el Prof.Dr. Martin Weitz, quien descubrió el super fotón, y el físico teórico Prof.Dr. Johann Kroha informan ahora de una nueva observación:una llamada fase sobreamortiguada, una transición de fase previamente desconocida dentro del condensado óptico de Bose-Einstein. El estudio ha sido publicado en la revista Ciencias .

El condensado de Bose-Einstein es un estado físico extremo que generalmente solo ocurre a temperaturas muy bajas. Las partículas de este sistema ya no se pueden distinguir y se encuentran predominantemente en el mismo estado mecánico cuántico; en otras palabras, se comportan como una única "superpartícula" gigante. Por tanto, el estado puede describirse mediante una única función de onda.

En 2010, Los investigadores dirigidos por Martin Weitz lograron por primera vez crear un condensado de Bose-Einstein a partir de partículas de luz (fotones). Su sistema especial todavía está en uso hoy en día:los físicos atrapan partículas de luz en un resonador hecho de dos espejos curvos espaciados un poco más de un micrómetro que reflejan un rayo de luz que se mueve rápidamente. El espacio se llena con una solución de tinte líquido, que sirve para enfriar los fotones. Las moléculas de tinte "tragan" los fotones y luego los escupen de nuevo, que lleva las partículas ligeras a la temperatura de la solución de tinte, equivalente a la temperatura ambiente. El sistema permite enfriar partículas ligeras porque su característica natural es disolverse al enfriarse.

Separación clara de dos fases

Una transición de fase es lo que los físicos llaman la transición entre el agua y el hielo durante la congelación. Pero, ¿cómo ocurre la transición de fase particular dentro del sistema de partículas de luz atrapadas? Los científicos lo explican de esta manera:los espejos algo translúcidos hacen que los fotones se pierdan y se reemplacen, creando un desequilibrio que da como resultado que el sistema no asuma una temperatura definida y se ponga en oscilación. Esto crea una transición entre esta fase oscilante y una fase amortiguada. Amortiguado significa que la amplitud de la vibración disminuye.

"La fase sobreamortiguada que observamos corresponde a un nuevo estado del campo de luz, por así decirlo, "dice el autor principal Fahri Emre Öztürk, estudiante de doctorado en el Instituto de Física Aplicada de la Universidad de Bonn. La característica especial es que el efecto del láser no suele estar separado del del condensado de Bose-Einstein por una transición de fase, y no existe un límite claramente definido entre los dos estados. Esto significa que los físicos pueden ir y venir continuamente entre los efectos.

"Sin embargo, en nuestro experimento, el estado sobreamortiguado del condensado óptico de Bose-Einstein está separado por una transición de fase tanto del estado oscilante como de un láser estándar, "dice el líder del estudio, el Prof. Dr. Martin Weitz." Esto muestra que hay un condensado de Bose-Einstein, que es realmente un estado diferente al del láser estándar. "En otras palabras, estamos tratando con dos fases separadas del condensado óptico de Bose-Einstein, " él dice.

Los investigadores planean utilizar sus hallazgos como base para estudios adicionales para buscar nuevos estados del campo de luz en múltiples condensados ​​de luz acoplados. que también puede ocurrir en el sistema. "Si se producen estados adecuados entrelazados mecánicamente cuánticos en condensados ​​de luz acoplados, esto puede ser interesante para transmitir mensajes cifrados cuánticamente entre múltiples participantes, "dice Fahri Emre Öztürk.