دستیابی دانشمندان به نور مایع در دمای محیط

فیزیکدانان در ژوئن ۲۰۱۷ برای نخستین بار در دمای محیط به نور مایع دست پیدا کردند و دسترسی به این شکل عجیب ماده از همیشه بیشتر شد. این ماه، ابرمایعی با اصطکاک و گرانروی صفر بوده و نوعی از چگالش بوز-اینشتین محسوب می‌شود که گاهی باعنوان حالت پنجم ماده توصیف شده است و به نور این امکان را می‌دهد که واقعا در اطراف اجسام و گوشه‌های آن جاری شود.

نور معمولی همچون موج و گاهی نیز مانند ذره عمل می‌کند و همیشه در یک خط مستقیم سیر می‌کند. به همین دلیل چشم ما قادر به دیدن گوشه‌های اجسام نیست. اما در شرایطی بسیار خاص نور هم می‌تواند همچون مایع عمل کند و حقیقتا در اطراف اجسام جریان پیدا کند. چگالش‌های بوز-اینشتین برای فیزیکدانان جالب هستند؛ زیرا در این حالت قوانین موجود، از فیزیک کلاسیک به فیزیک کوانتوم تغییر می‌کند و ماده ویژگی‌های موجی بیشتری  به خود می‌گیرد. این‌ پدیده‌ها فقط در دماهایی نزدیک صفر مطلق تشکیل می‌شوند و تنها در کسری از یک ثانیه پایدار می‌مانند. اما در این مطالعه پژوهشگران گزارش کردند که با ترکیب نور و ماده در دمای محیط، توانستند چگالش بوز-اینشتین ایجاد کنند.

مشاهده‌ی فوق‌العاده‌‌ی کار ما این است که ما نشان داده‌ایم خاصیت ابرمایعی در دمای محیط نیز با استفاده از ذرات نورماده‌ای به نام پلاریتون می‌تواند اتفاق بیفتد.

تولید پلاریتون‌ها نیاز به تجهیزات پیچیده و مهندسی نانومقیاس دارد. دانشمندان یک لایه با ضخامت ۱۳۰ نانومتر از مولکول‌های آلی را بین دو آینه‌ی فوق انعکاسی پیچاندند و آن را در معرض لیزر با طول پالس ۳۵ فمتوثانیه‌ای قرار دادند. استفان کوهن یکی از اعضای این گروه گفت:

با این روش ما می‌توانیم ویژگی‌های فوتون‌ها مانند جرم موثر نوری و شتاب سریع را با اثرات متقابل قوی حاصل از الکترون‌های داخل مولکول‌ها، ترکیب کنیم.

ابر مایع حاصل دارای خصوصیات عجیبی بود. در شرایط طبیعی زمانی که مایعی جریان پیدا می‌کند، چرخش‌ها و موج‌هایی پدید می‌آورد. این در حالی است که ابرمایع این ویژگی‌ها را ندارد. همانطور که در شکل زیر می‌بینید، جریان پلاریتون‌ها مانند امواجی تحت شرایط معمولی منتشر شده است؛ اما در ابرمایع (بخش پایین) این حالت وجود ندارد.

کینا کوهن گفت:

در یک ابرمایع، آشفتگی ایجادشده حول موانع سرکوب شده و موجب می‌شود جریان بدون تغییر به مسیر خود ادامه دهد.

این نتایج راه را برای مطالعه در حوزه‌ی هیدرودینامیک کوانتوم هموار می‌کند و برای تولید مواد ابر رسانای دستگاه‌هایی نظیر LED، پنل‌های خورشیدی و لیزرها نیز مفید است. این پدیده نه‌تنها برای مطالعه‌ی پدیده‌های بنیادی مرتبط با چگالش‌های بوز-اینشتین مفید است؛ بلکه برای طراحی دستگاه‌های کاربردی درمورد این موضوع هم حایز اهمیت است.

این پژوهش در ژورنال Nature Physics منتشر شده‌است.