Im Juni 2017 leisteten Physiker Pionierarbeit bei der Erzeugung von "flüssigem Licht" bei Raumtemperatur und machten diese seltsame Form der Materie zugänglicher als je zuvor.
Diese Materie ist sowohl eine superfluide Substanz ohne Reibung und Viskosität als auch eine Art Bose-Einstein-Kondensat, das manchmal als fünfter Materiezustand bezeichnet wird und es dem Licht ermöglicht, tatsächlich um Objekte und Ecken zu fließen.
Gewöhnliches Licht verhält sich wie eine Welle und manchmal wie ein Teilchen, das sich immer in einer geraden Linie bewegt. Deshalb können wir nicht sehen, was sich hinter Ecken oder Objekten befindet. Unter extremen Bedingungen kann sich Licht jedoch wie eine Flüssigkeit verhalten und um Objekte herumfließen.
Bose-Einstein-Kondensate sind für Physiker interessant, da in einem solchen Zustand die Regeln von der klassischen zur Quantenphysik wechseln und die Materie mehr wellenförmige Eigenschaften annimmt. Sie bilden sich bei Temperaturen nahe dem absoluten Nullpunkt und existieren nur für den Bruchteil einer Sekunde.
In einer neuen Studie berichteten Wissenschaftler jedoch über die Bildung eines Bose-Einstein-Kondensats bei Raumtemperatur unter Verwendung einer "Frankenstein-ähnlichen" Kombination von Licht und Materie.
Polaritonenfluss kollidiert mit einem Hindernis in nicht superfluiden (oben) und superfluiden (unten) Zuständen / Polytechnique Montreal.
„Eine außergewöhnliche Beobachtung in unserer Arbeit ist, dass wir gezeigt haben, wie Superfluidität auch bei Raumtemperatur unter Umgebungsbedingungen unter Verwendung von Licht- und Materieteilchen - Polaritonen - auftreten kann“, sagt der leitende Forscher Daniel Sanvitto vom CNR NANOTEC, Italiens Nanotechnology Institute.
Die Erzeugung von Polaritonen erforderte ernsthafte Ausrüstung und nanoskalige Technik. Wissenschaftler legten eine 130-Nanometer-Schicht organischer Moleküle zwischen zwei ultrareflektierende Spiegel und trafen sie mit einem Laserpuls von 35 Femtosekunden (eine Femtosekunde entspricht einer Billiarde Sekunde).
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„Auf diese Weise können wir die Eigenschaften von Photonen wie ihre lichteffiziente Masse und hohe Geschwindigkeit mit starken Wechselwirkungen aufgrund von Protonen in den Molekülen kombinieren“, sagt Stephen Kena-Cohen von der Ecole Polytechnique de Montreal.
Die resultierende "Superflüssigkeit" zeigte eher ungewöhnliche Eigenschaften. Unter Standardbedingungen erzeugt die Flüssigkeit beim Fließen Wellen und Wirbel. Bei Superfluid sieht es jedoch anders aus. Wie im obigen Bild gezeigt, ist der Polaritonenfluss normalerweise wie Wellen gestört, jedoch nicht in einem Superfluid:
„In einem Superfluid werden diese Turbulenzen um Hindernisse nicht unterdrückt, sodass die Strömung unverändert fortgesetzt werden kann“, erklärt Kena-Cohen.
Die Forscher argumentieren, dass die Ergebnisse nicht nur der Quantenhydrodynamik neue Möglichkeiten eröffnen, sondern auch Polariton-Bauelementen bei Raumtemperatur für zukünftige Technologien - zum Beispiel für die Herstellung supraleitender Materialien für Solarmodule und Laser.
Vladimir Mirny
