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德科学家创造可极度压缩的

时间：2022-03-29来源：互联网作者：[db:作者]

此次实验的核心：光学微谐振器实现了爱因斯坦的“光子盒”。图片来源：Volker Lannert/波恩大学

科技日报实习记者 张佳欣

德国波恩大学的研究人员创造了一种可以极度压缩的光量子气体。他们的结果证实了量子物理核心理论的预测。这些发现还将为可测量微小的力的新型传感器指明方向。这项研究近日发表在《科学》杂志上。

气体通常由在空中快速旋转的原子或分子组成，它与光非常相似。组成光的最基本的粒子就是光量子，简称光子。在某些方面，光子的行为类似于粒子。这些光子也可以被视为一种气体，但是，它的行为有些不同寻常：至少在理论上，我们可以在特定条件下几乎不费力气地压缩它。

波恩大学应用物理研究所(IAP)的研究人员现在首次在实验中证明了这种效果。IAP的朱利安·施密特博士解释说：“为了做到这一点，我们将光量子储存在一个由镜子制成的小盒子里。里面放的光子越多，光子气体的密度就越大。”

通常的情况是：气体密度越大，就越难压缩。堵塞的气泵也是如此：起初活塞可以很容易地被往下推，但到一定程度，即使施加很大的力，它也很难再进一步移动。

然而，此次实验发现，这种情况在某个时间点上突然发生了变化：一旦光子气体超过了特定的密度，它就可以突然被压缩，几乎没有阻力。施密特解释说，这种效应源于量子力学的规则。原因是这些光量子表现出一种“模糊性”，即它们的位置有点模糊。当它们在高密度下彼此非常接近时，光子开始重叠，压缩这样的量子简并态气体变得容易得多。

如果重叠足够多，光子会融合形成一种超级光子，即玻色-爱因斯坦凝聚态。简而言之，这个过程可以比作水的冻结：在液体状态下，水分子是无序的；而在冰点，则会有冰晶形成，最终无数冰晶合并成延伸的、高度有序的冰层。“有序冰岛”也是在玻色-爱因斯坦凝聚体形成之前形成的，随着光子的进一步增加，它们会变得越来越大。

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