關于玻色-愛因斯坦凝結物：液態光的光子流動像“社交行為”

光子，光粒子，真的會凝結嗎？“液態光”又將如何表現？凝聚光是玻色-愛因斯坦凝聚的一個例子。

玻色–愛因斯坦凝聚（BEC）是一種典型的波，其中獨立的粒子不能再被看到。有一種物質的波，一種通常在接近絕對零度的溫度下形成的超流體。例如，氦氣在這些溫度下成為超流體，具有非凡的特性。這種現象是愛因斯坦在100年前，根據薩特延德拉·納特·玻色（Satyendra Nath Bose）的工作預測的，這種物質狀態是以研究人員的名字命名。

這個理論已經存在100年的時間，如今，特文特大學（University of Twente）的研究人員在室溫下也證明了這種效應。為此，他們創造了一個帶有通道的微型鏡子，光子在其中實際上像液體一樣流動。在這些通道中，光子通過選擇導致最低損失的路徑，試圖作為一個群體呆在一起，因此，在某種程度上，展示了“社會行為”。

能形成玻色-愛因斯坦凝結物的一種基本粒子是光子，即光粒子。研究團隊開發了一種帶有通道的鏡像結構。穿過通道的光表現得像一個超流體，而且還在一個首選方向上移動。在這種情況下不需要極低的溫度，它在室溫下也能工作。

這種結構是著名的馬赫-曾德爾（Mach-Zehnder）干涉儀，其中一個通道分裂成兩個通道，然后又重新連接起來。在這種干涉儀中，光子波的性質表現出來，其中一個光子可以同時出現在兩個通道中。在重合點，有兩個選擇：光線既可以進入一個封閉的通道，也可以進入一個開放的通道。

研究團隊發現，液體通過調整其振蕩頻率來決定自己要走的路徑。在這種情況下，光子試圖通過選擇導致最低損失的路徑來保持在一起，即封閉的通道。研究者表示，可以把它稱為“社會行為”。而其他類型的玻色子，如費米子，更喜歡保持分離。

鏡子的結構有點類似于激光器，光在兩個鏡子之間來回反射。主要的區別在于鏡子的極高反射率：99.9985%。這個數值是如此之高，以至于光子沒有機會逃脫；它們將再次被吸收。正是在這個環境下，光子氣體開始通過熱化取得與室溫相同的溫度。從技術上講，它就類似于黑體的輻射，輻射與物質處于平衡狀態。這種熱化是普通激光器和光子的玻色-愛因斯坦凝結物之間的關鍵區別。

在電阻為零的超導設備中，玻色-愛因斯坦凝結物發揮著重要作用。現在提出的光子微結構可以作為解決數學問題系統中的基本單元。但最主要的是，這項研究顯示了對光的另一個顯著特性的洞察力。

題為“Modified Bose-Einstein condensation in an optical quantum gas”的相關研究論文發表在《自然-通訊》上。

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論文原文：

https://www.nature.com/articles/s41467-021-26087-0

標簽： 關于 光子 社交行為 行為