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光子的玻色-愛因斯坦冷凝態

2011/03/06 | | 標籤:

圖片援引自原文

如同無質量且無電荷的整數自旋(integer spin)粒子,光子是最單純的玻色子(bosons)。於1924年,當Satyendra Nath Bose提出計數難以分辨之粒子的新方法時,心中已經有了光子的概念。這方法導致亞伯特愛因斯坦推斷了,被通稱為玻色-愛因斯坦凝聚態(Bose-Einstein condensate:BEC)的物質態:也就是,積聚的玻色子變得夠冷時,此些玻色子的宏觀部分聚集成單量子態。

不過迄今為止,光子的BEC不曾被觀測到。當於腔體(cavity)中被冷卻時,黑體光子(blackbody photons)僅消失於腔壁中。也就是說,不像原子,光子通常不會彼此交互作用,姑且不談黑體(一種能吸收全部外來電磁輻射且不會有任何反射與透射,卻能放出電磁波的裡想化物體),這阻礙了光子達到熱平衡。

目前,Martin Weitz及來自德國波恩大學(the University of Bonn)的同僚們業已克服形成光子BEC的諸多障礙。藉由將雷射光局限於充滿染料的光學腔體內,他們為光創造了如同守恆粒子(conserved particles)之氣體般產生平衡的條件。該腔體反光面的反射性,確保了光子存在的時間足以在染料分子中散射。此些分子藉由反覆吸收及再放出光子,而與光子交換能量。

為了產生BEC,Weitz及同僚們藉由調高雷射功率,來增加散射光子的數量。超出臨界密度,光子能譜在此腔體最低能的狀態中,沿著未凝聚的光子熱散佈邊緣,顯示了一種新近出現的波色峯(Bose peak),如圖示。這可說是光子的玻色-愛因斯坦冷凝態證據。

原文網址:A Bose-Einstein condensate of photons>

翻譯:peregrine | 本文轉載自PEREGRINE科學點滴


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