«Мы превратили свет в твердое тело. Это фантастика». Слова Димитрис Трипогеоргос они являются синтезом необычайного эксперимента только что опубликовал Природа. Сверхтвердое тело света. Квантовый материал, который бросает вызов всем известным категориям, ведя себя одновременно как твердый кристалл и как жидкость без вязкости. До вчерашнего дня мы могли себе представить такие экзотические состояния материи только с использованием ультрахолодных атомов.
Сегодня, благодаря команде физиков из Национальный исследовательский совет В Италии сам свет преобразился в это парадоксальное состояние, открывая двери в новую главу в фундаментальная физика и, возможно, к технологиям, которые мы пока даже не можем себе представить.
Когда невозможное становится экспериментальным
Это не первый раз, когда свет нас удивляет. С 2009 года, когда Даниэле Санвитто, также исследователь из CNR, продемонстрировал, что свет может вести себя как жидкость, мы знали, что этот, казалось бы, простой элемент скрывает в себе необычайные свойства. Но сделать следующий шаг — превратить свет в сверхтвердое тело — казалось почти невыполнимой задачей.
Тем не менее, с помощью сложной экспериментальной установки, объединяющей лазеры и полупроводники на основе арсенида галлия и алюминия, итальянским исследователям это удалось. Они не просто манипулировали светом, По сути, они превратили его в нечто, не поддающееся никакой классической категоризации. Интересно, сколько еще сюрпризов преподнесет нам этот луч фотонов, который мы воспринимаем как должное каждый день.
Мы действительно находимся в начале чего-то нового.
Что такое сверхтвердое тело и почему мы должны быть взволнованы?
Что такое сверхтвердое тело? Представьте себе кубик льда, который, идеально сохраняя свою кубическую форму, может без усилий пройти сквозь сито, как если бы это была вода. Это кажется абсурдным, но именно это и происходит в этих экзотических состояниях материи: Жесткая кристаллическая структура и свободное от трения течение сосуществуют в одном и том же материале.
До сих пор физикам удавалось создавать сверхтвердые тела только путем охлаждения атомов до температур, очень близких к абсолютному нулю (-273,15 градуса Цельсия), при которых доминируют квантовые эффекты. Самая большая новость в том, что теперь мы можем получить их, манипулируя светом при гораздо более высоких температурах, благодаря взаимодействию со специально структурированными полупроводниковыми материалами. Это означает возможность изучать эти квантовые явления в гораздо более доступных условиях.
Итальянский метод укрощения света
Эксперимент был совсем не простым. Исследователи должны были спроектировать «гребни» на полупроводнике с микрометрической точностью, создав рисунок, который бы ограничивал гибридные частицы, образующиеся при взаимодействии света и вещества (так называемые «поляритоны“). Такое ограничение заставило поляритоны организоваться в кристаллическую структуру, сохраняя при этом текучесть, типичную для квантовых систем.
Святой Витто подчеркивает, сколько трудностей им пришлось преодолеть, чтобы доказать, что они действительно создали сверхтвердое тело света. Не было никаких прецедентов, никакого экспериментального протокола, которому можно было бы следовать. Им пришлось измерить несколько свойств одновременно, чтобы доказать, что их материал был действительно одновременно твердым и жидким без вязкости.
Сверхпрочное будущее, которое еще предстоит написать
второй Альберто Брамати из Университет Сорбонны, этот эксперимент — всего лишь первый шаг. Для полного понимания свойств этого сверхтвердого тела света еще предстоит провести бесчисленное множество измерений, но возможности его использования весьма захватывающие.
Трипогеоргос предполагает, что манипулировать этими фотонными сверхтвердыми телами может быть проще, чем атомными, что открывает новые возможности для изучения экзотических состояний материи, которые ранее были недоступны. Возможно, однажды это, на первый взгляд, абстрактное исследование приведет к появлению революционных технологий, как это произошло с другими квантовыми явлениями, которые сегодня приводят в действие компьютеры, лазеры и медицинские приборы.
По сути, мы находимся только в начале новой главы в физике. И, как это часто бывает, все начинается с луча света.
