物理學家創造出第一個超光子,開創了一種全新的光源。 物理學家創造出第一個超光子,開創了一種全新的光源。

物理學家創造出第一個超光子,開創了一種全新的光源。

物理學家創造出第一個超光子,開創了一種全新的光源。

波昂大學的物理學家正以一種全新的視角看待事物,這可謂名副其實的「全新視角」。透過巧妙地運用鏡子和一些精妙的科學原理,研究人員將光子冷卻到極致,使其凝聚成“超光子”,從而創造了一種全新的光源。這種由光子構成的所謂玻色-愛因斯坦凝聚態,先前一直被認為是不可能的。

「超粒子」先前已被創造出來,但從未用光製造過。例如,將銣原子在足夠低的溫度下置於緊湊的空間內,它們會迅速變得難以區分,表現得像單個粒子一樣(稱為玻色-愛因斯坦凝聚態)。理論上,這同樣適用於光子。但事實並非如此,因為如果你開始冷卻光子,它們就會消失。或許不出所料,光很難冷卻。

想想燈泡;通電後,燈絲會發熱,開始發出不同顏色的光——先是紅色,然後是黃色,最後是藍色。科學家將這種光熱現象與一種被稱為黑體的理論模型進行比較。黑體在加熱到一定溫度之前是無色的,加熱到一定溫度後,它會根據溫度發出不同波長的光(點擊下方連結以了解更多資訊)。

當黑體冷卻到一定程度時,它不再輻射可見光譜範圍內的光,而是發出紅外線光子。這就是光子的問題所在──隨著溫度和輻射強度的降低,光子的數量也會減少。如何在冷卻過程中保持光子的數量,一直是建構由光子構成的玻色愛因斯坦凝聚態的根本難題。

防止光子消散的關鍵在於保持它們的運動。波昂大學的研究團隊利用鏡子讓光子在兩面鏡子之間來回反射。光子會不時地與溶解在兩面鏡子之間的顏料分子發生碰撞。這些顏料分子會吸收光子,並在每次碰撞時將其釋放出來。但隨著每次碰撞,光子會逐漸吸收顏料分子的溫度,彼此冷卻至室溫,而不會在過程中損失。

拋開物理學不談,這項發現令人興奮之處很多。最值得注意的是,它是一種全新的光,具有巨大的工業應用前景,尤其是在晶片製造領域。目前,雷射無法在紫外線和X射線等極短波長範圍內運作。研究人員表示,利用光子玻色-愛因斯坦凝聚態,這將成為可能。

由於無法使用短波長雷射蝕刻晶片,矽晶片電路設計的精度受到了限制。更精細的蝕刻製程能夠製造出性能更高的微晶片,而這只是個開始。當一種全新的光被創造出來時,從醫學成像、實驗室光譜學到光伏發電等各個領域都將從中受益。