Κβαντικοί φυσικοί του Πανεπιστημίου της Βόννης δημιούργησαν μια εντελώς νέα πηγή φωτός, από ένα «νέφος Bose-Einsten» όχι από άτομα αλλά από φωτόνια, κάτι που μέχρι πρόσφατα θεωρούταν αδύνατο να γίνει. Η ανακάλυψη αυτή μπορεί μελλοντικά να έχει ποικίλες εφαρμογές, όπως νέου τύπου λέιζερ που θα λειτουργούν όπως οι ακτίνες-Χ, καλύτερα φωτοβολταϊκά συστήματα, πιο ισχυρούς επεξεργαστές ηλεκτρονικών υπολογιστών και μικρότερου μεγέθους ηλεκτρονικές συσκευές.
Μια καλλιτεχνική απεικόνιση των υπερ-φωτονίων
Πριν 25 χρόνια δημιουργήθηκε για πρώτη φορά ένα τέτοιο νέφος από άτομα, όταν κατέστη δυνατό άτομα ρουβιδίου να ψυχθούν κοντά στο απόλυτο μηδέν (-273 βαθμοί Κελσίου) και να συμπυκνωθούν σε ένα περιορισμένο χώρο, οπότε άρχισαν να συμπεριφέρονται σαν ένα μοναδικό πελώριο «σούπερ-σωματίδιο», το λεγόμενο «νέφος Bose_Einsten» (BEC). Πρόκειται για μια κβαντική ειδική κατάσταση, όπου μποζόνια βρίσκονται στην χαμηλότερη δυνατή ενεργειακή κατάστασή τους και συμπεριφέρονται σαν μια ενιαία οντότητα.
Μέχρι τώρα οι φυσικοί θεωρούσαν πως ήταν αδύνατο να γίνει κάτι ανάλογο με τα φωτόνια, επειδή εξαφανίζονται όταν ψύχονται και αλληλεπιδρούν, καθώς απορροφώνται από τα άτομα των άλλων υλικών της πειραματικής συσκευής. Για πρώτη φορά, όμως, οι γερμανοί επιστήμονες πέτυχαν να ψύξουν σε θερμοκρασία δωματίου, και ταυτόχρονα να συμπυκνώσουν τα φωτόνια, δημιουργώντας έτσι ένα σούπερ-φωτόνιο, ή ένα «νέφος Bose_Einsten» από φως. Με άλλα λόγια, κατέστη δυνατό, για πρώτη φορά, μια «θάλασσα» φωτονίων να δράσει σαν ένα ενιαίο φωτόνιο, κάτι που θεωρητικά είχαν προτείνει από το 1925 ο Άλμπερτ Αϊνστάιν και ο ινδός φυσικός Satyendra Nath Bose.
Οι ερευνητές του πανεπιστημίου της Βόννης, υπό τον καθηγητή Martin Weitz, ανέφεραν ότι το «φωτονικό νέφος» είναι μια τελείως νέα πηγή φωτός που έχει χαρακτηριστικά παρόμοια με το λέιζερ, έχοντας όμως το πρόσθετο πλεονέκτημα ότι, αντίθετα με τα συμβατικά λέιζερ, μπορεί να παράγει φως σε πολύ βραχέα μήκη κύματος, στο πεδίο των ακτινών-Χ ή του υπεριώδους φωτός.
Αυτή η δυνατότητα αποτελεί το όνειρο των σχεδιαστών των κυκλωμάτων, επειδή χρησιμοποιούν φως λέιζερ για να χαράξουν τα κυκλώματα πάνω στα υλικά των ημιαγωγών. Όμως, η όλη διαδικασία συναντά περιορισμούς, μεταξύ άλλων, από το μήκος κύματος που λειτουργεί το λέιζερ.
Η δημιουργία νέων λέιζερ ακτινών-Χ με παλμούς μικρότερου μήκους κύματος (χάρη στη νέα γερμανική ανακάλυψη) θα επιτρέψει την χάραξη πολύ πιο πολύπλοκων κυκλωμάτων πάνω στην ίδια επιφάνεια πυριτίου, πράγμα που θα οδηγούσε σε μια νέα γενιά επεξεργαστών πολύ υψηλότερων επιδόσεων και άρα πιο ισχυρών υπολογιστών.
Η νέα ανακάλυψη θα μπορούσε, επίσης, να αξιοποιηθεί και σε άλλες εφαρμογές, όπως η φασματοσκόπηση και τα φωτοβολταϊκά συστήματα παραγωγής ενέργειας, μειώνοντας το μέγεθος των ηλιακών κυψελών, καθώς θα μπορούν να συλλέγουν και να εστιάζουν καλύτερα το ηλιακό φως, ακόμα και σε συννεφιασμένες μέρες.
Σε μια κανονική λάμπα το νήμα ζεσταίνεται όταν περάσει ρεύμα και αρχίζει να εκπέμπει φως σε διάφορα χρώματα – στην αρχή κόκκινο και στη συνέχεια κίτρινο και μπλε. Οι επιστήμονες μετρούν την θερμοκρασία αυτού του φωτός, βάσει ενός θεωρητικού μοντέλου που είναι γνωστό ως μέλαν σώμα, καθώς αυτό είναι σκοτεινό μέχρι να το θερμάνουμε σε μια συγκεκριμένη θερμοκρασία, οπότε αρχίζει να εκπέμπει φως σε διαφορετικά μήκη κύματος ανάλογα με τη θερμοκρασία.
Όταν ένα μέλαν σώμα ψυχθεί από κάποιο σημείο και μετά δεν θα μπορεί πλέον να ακτινοβολεί φως του ορατού φάσματος, και θα εκπέμπει μόνο υπέρυθρες ακτίνες φωτός. Εκεί έγκειται το πρόβλημα με τα φωτόνια – καθώς μειώνεται η ένταση της θερμοκρασίας και της ακτινοβολίας, το ίδιο γίνεται και με τον αριθμό των φωτονίων. Το να διατηρηθεί ο αριθμός τους σταθερός, ενώ η πηγή ψύχεται είναι θεμελιώδες πρόβλημα για τη δημιουργία ενός συμπυκνώματος Bose-Einstein που να αποτελείται από φωτόνια.
Το κλειδί για την λύση του προβλήματος είναι να τα κρατήσουμε σε κίνηση. Η ομάδα της Βόννης χρησιμοποίησε κάτοπτρα για να αναγκάσουν τα φωτόνια να κινούνται μπρός – πίσω μεταξύ δύο κατόπτρων. Κάθε τόσο τα φωτόνια συγκρούονται με διαλυμένα μόρια χρωστικής που τοποθετούνται ανάμεσα στις ανακλαστικές επιφάνειες. Έτσι, τα μόρια βασικά απορροφούν τα φωτόνια και μετά τα εκπέμπουν με κάθε σύγκρουση. Αλλά με κάθε σύγκρουση, τα φωτόνια πήραν τη θερμοκρασία των μορίων της χρωστικής, στην θερμοκρασία δωματίου χωρίς να χαθούν κατά τη διαδικασία.
Πηγή: Popular Science
Leave a Comment