Физики показали, что необходимо всего 7 квантовых частиц, что они вели себя так, как если бы были погружены в миллиардную толпу. В крупных масштабах материя проходит сквозь различные трансформации, именуемые фазовыми перехода, где (к примеру) вода переходит в лед или пар. Исследователи привыкли наблюдать подобное в больших массах молекул, но никогда в таком крошечном скоплении.
В новом исследовании ученые проследили за фазовыми переходами в системах, представленными семью легкими частицами (фотоны), которые приобрели экзотическое физическое состояние – конденсат Бозе-Эйнштейна (КБЭ). Это физическое состояние, которое достигается материей при ультрахолодных температурах, где частицы начинают смешиваться и действовать в унисон.
Так как фотоны – пакеты света, они созданы из энергии, а не материи, из-за чего кажется странным изменение фазы. Но еще в 2010 году немецким исследователям удалось показать, что легкие частицы способные вести себя как КБЭ. Чтобы уловить фотоны, ученые создали небольшую зеркальную камеру и наполнили ее цветной краской. Когда легкие частицы врезались в частички красителя, последние поглощали первые и повторно излучали. Из-за этого фотонам понадобилось больше времени для перемещения по камере, что фактически замедлило их движение. В итоге, камера стала пространством, где исследователи могли сделать фотоны вялыми и помещать их в близкие дистанции. В итоге, было видно, как фотоны начинают контактировать и демонстрировать КБЭ.
В недавнем эксперименте команда хотела выяснить минимальное количество фотонов, необходимых для подобных действий. Используя тонкоизмеримый лазер, они закачивали фотоны в аналогичную заполненную красителем зеркальную ловушку по одному и наблюдали за поведением смеси. Оказалось, что в среднем достаточно 7 фотонов для формирования КБЭ. Этот низкий порог необходим для определения старта фазового перехода.
Ученые отметили некоторые отличия микро-КБЭ от фазовых переходов с более крупным количеством частиц. Когда лед нагревается больше точки плавления, то кажется, что переходит из твердой в жидкую форму мгновенно. Однако при участии всего 7 фотонов этот процесс осуществляется постепенно.