关于玻色-爱因斯坦凝结物：液态光的光子流动像“社交行为”

光子，光粒子，真的会凝结吗？“液态光”又将如何表现？凝聚光是玻色-爱因斯坦凝聚的一个例子。

玻色–爱因斯坦凝聚（BEC）是一种典型的波，其中独立的粒子不能再被看到。有一种物质的波，一种通常在接近绝对零度的温度下形成的超流体。例如，氦气在这些温度下成为超流体，具有非凡的特性。这种现象是爱因斯坦在100年前，根据萨特延德拉·纳特·玻色（Satyendra Nath Bose）的工作预测的，这种物质状态是以研究人员的名字命名。

这个理论已经存在100年的时间，如今，特文特大学（University of Twente）的研究人员在室温下也证明了这种效应。为此，他们创造了一个带有通道的微型镜子，光子在其中实际上像液体一样流动。在这些通道中，光子通过选择导致最低损失的路径，试图作为一个群体呆在一起，因此，在某种程度上，展示了“社会行为”。

能形成玻色-爱因斯坦凝结物的一种基本粒子是光子，即光粒子。研究团队开发了一种带有通道的镜像结构。穿过通道的光表现得像一个超流体，而且还在一个首选方向上移动。在这种情况下不需要极低的温度，它在室温下也能工作。

这种结构是著名的马赫-曾德尔（Mach-Zehnder）干涉仪，其中一个通道分裂成两个通道，然后又重新连接起来。在这种干涉仪中，光子波的性质表现出来，其中一个光子可以同时出现在两个通道中。在重合点，有两个选择：光线既可以进入一个封闭的通道，也可以进入一个开放的通道。

研究团队发现，液体通过调整其振荡频率来决定自己要走的路径。在这种情况下，光子试图通过选择导致最低损失的路径来保持在一起，即封闭的通道。研究者表示，可以把它称为“社会行为”。而其他类型的玻色子，如费米子，更喜欢保持分离。

镜子的结构有点类似于激光器，光在两个镜子之间来回反射。主要的区别在于镜子的极高反射率：99.9985%。这个数值是如此之高，以至于光子没有机会逃脱；它们将再次被吸收。正是在这个环境下，光子气体开始通过热化取得与室温相同的温度。从技术上讲，它就类似于黑体的辐射，辐射与物质处于平衡状态。这种热化是普通激光器和光子的玻色-爱因斯坦凝结物之间的关键区别。

在电阻为零的超导设备中，玻色-爱因斯坦凝结物发挥着重要作用。现在提出的光子微结构可以作为解决数学问题系统中的基本单元。但最主要的是，这项研究显示了对光的另一个显著特性的洞察力。

题为“Modified Bose-Einstein condensation in an optical quantum gas”的相关研究论文发表在《自然-通讯》上。

前瞻经济学人APP资讯组

论文原文：

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