Наблюдение критического масштабирования в универсальном классе бозе-газа
Физики изучили критическое поведение фотонов вблизи фазового перехода, при котором термодинамические величины резко возрастают или расходятся незадолго до бозе-эйнштейновской конденсации, что ранее никогда не наблюдалось в фотонных газах. Были измерены пространственные корреляции практически невзаимодействующего двумерного фотонного газа, захваченного в зеркальном ящике в момент конденсации, и определён критический показатель — величина, описывающая быстрое увеличение длины корреляции при изменении температуры вблизи фазового перехода. Работа опубликована в журнале Science Advances.
Фото: Леон Клеебанк / Боннский университет, 2026. Экспериментальная оптическая установка для генерации квантового газа света, демонстрирующего «критическое поведение», состоящая из оптического микрорезонатора, заполненного красителем.
Экспериментаторы захватывали частицы света внутри оптического микрорезонатора, заполненного раствором красителя. В результате процессов поглощения и излучения, происходящих при контакте частиц света с молекулами красителя, фотоны эффективно охлаждались (термализовались) до тех пор, пока не начиналась квантовая фаза конденсации. С помощью лазерной записи для создания потенциальной области в форме коробки одно из зеркал резонатора также было предварительно структурировано в нанометровом масштабе. Затем угловое распределение излучаемого света измерялось с помощью камеры и для определения пространственных корреляций анализировалось с помощью преобразования Фурье.
Это был первый в истории эксперимент, продемонстрировавший, что фотонные газы представляют собой отдельный, всеобъемлющий универсальный класс физических систем в природе. Подобно воде, которая в критической точке внезапно мутнеет из-за опалесценции, фотонный газ в данном случае демонстрирует быстро возрастающую и расходящуюся длину корреляции. Результаты данного исследования заполняют ключевой пробел в физике фазовых переходов и потенциально могут открыть новые захватывающие направления для фундаментальных исследований систем, находящихся далеко за пределами теплового равновесия, а также для будущих применений в оптике.
