Hafif parçacıklar, iki boyutlu bir foton gazında kritik ölçeklenmeyi ortaya koyuyor

Bonn Üniversitesi, Heidelberg Üniversitesi ve Meksika Ulusal Özerk Üniversitesi’nden bir araştırmacı ekibi, faz geçişine yakın ışık parçacıklarının (fotonlar) kritik davranışlarını inceledi. Bose-Einstein yoğunlaşmasından kısa bir süre önce termodinamik niceliklerin aşırı derecede büyüdüğünü veya farklılaştığını gösteren bu kritik ölçeklendirme davranışı, araştırmacılar bu kanıtı başarıyla elde edene kadar foton gazlarında daha önce hiç görülmemişti.

Dergide yayımlanan araştırmada Bilim GelişmeleriEkip, yoğunlaşma anında bir ayna kutusunda hapsolmuş, neredeyse etkileşime girmeyen 2 boyutlu foton gazının uzaysal korelasyonlarını ölçtü ve kritik üssü belirledi; bu, faz geçişine yakın sıcaklık değiştikçe korelasyon uzunluğundaki hızlı artışı açıklayan bir miktardı.

Foton gazı nasıl hapsedildi?

Hafif parçacıkları, boya çözeltisiyle dolu bir optik mikrorezonatörün içine hapsettiler. Işık parçacıkları boya molekülleri ile temasa girdikçe soğurma ve emisyon süreçleri yoluyla fotonlar etkili bir şekilde soğudu (“termalleştirilmiş”) yoğunlaşmanın kuantum aşaması başlayana kadar.

Rezonatör aynalarından biri de kutuya benzer bir potansiyel yaratmak için önceden lazer yazı yoluyla nanometre ölçeğinde yapılandırılmıştı. Yayılan ışığın açısal dağılımı daha sonra bir kamera ile ölçüldü ve uzaysal korelasyonları belirlemek için Fourier dönüşümü yoluyla analiz edildi.

Daha geniş bir kritik davranış sınıfı

Bu, foton gazlarının doğadaki fiziksel sistemlerin farklı ve kapsayıcı bir evrensellik sınıfını oluşturduğunu gösteren ilk deneydi. Kritik noktada opaklık nedeniyle aniden bulanıklaşan suya benzer şekilde, bu durumda foton gazı da hızla artan ve farklılaşan bir korelasyon uzunluğu sergiler.

Dolayısıyla bu araştırma bulgusu, faz geçişleri fiziğindeki önemli bir boşluğu dolduruyor ve optikteki gelecekteki uygulamaların yanı sıra termal dengenin oldukça dışında kalan sistemlere yönelik temel araştırmalar için heyecan verici yeni yollar açma potansiyeline sahip.