Сверхтвердость света

Недавний эксперимент, проведённый учёными Antonio Gianfate (CNR Nanotec) и Davide Nigro (Университет Павии), демонстрирует, что свет способен проявлять свойства сверхтвердого состояния – уникальной квантовой фазы, объединяющей упорядоченность твердого тела и бесфрикционное течение сверхтекучей жидкости.
Сверхтвердость света
Изображение носит иллюстративный характер

Сверхтвердое состояние характеризуется наличием кристаллической структуры, как у обычного твердого вещества, и способностью течь без трения, что типично для сверхтекучести. До настоящего эксперимента подобное состояние наблюдали исключительно в Бозе–Эйнштейновских конденсатах, создаваемых при охлаждении атомного газа до температур, близких к абсолютному нулю.

Идея сверхтвердости была предсказана в 1960-х годах, а её первое экспериментальное подтверждение получено в 2017 году исследователями из MIT и ETH Zurich. Новый опыт значительно расширяет границы понимания экзотических фаз материи, демонстрируя возможность возникновения сверхтвердого состояния в оптической системе.

Эксперимент проводился на фотонной полупроводниковой платформе, изготовленной на основе алюминия, галлия и арсенида. В данной системе фотоны перемещаются и проводятся подобно электронам в металле, что позволяет детально исследовать их коллективное поведение при изменении плотности световых квантов.

Методика эксперимента основывалась на облучении платформы лазерным светом. При достижении определённой пороговой плотности фотоны переходят из некогерентного состояния в единый Бозе–Эйнштейновский конденсат, в котором большинство частиц занимают низкоэнергетическое квантовое состояние.

При дальнейшем увеличении числа фотонов избыток частиц перемещается в соседние квантовые состояния с ненулевыми волновыми числами, оставаясь изоэнергетичными. Этот процесс можно представить по аналогии с театральным залом: центральное место в первом ряду является наиболее предпочтительным, и, в квантовой системе, все фотоны могут занимать его, а при избытке часть рассаживается по бокам, что создаёт пространственную модуляцию плотности – отличительную черту сверхтвердого состояния.

Полученные результаты изложены в публикации «Emerging supersolidity in photonic-crystal polariton condensates», вышедшей в журнале Nature в 2025 году. Авторами исследования стали D. Trypogeorgos, A. Gianfate, M. Landini, D. Nigro, D. Gerace, I. Carusotto, F. Riminucci, K. W. Baldwin, L. N. Pfeiffer, G. I. Martone, M. De Giorgi, D. Ballarini и D. Sanvitto. Как отмечают Gianfate и Nigro, «Это только начало понимания сверхтвердости».


Новое на сайте

19817В Луксоре нашли стелу с римским императором в образе фараона 19816Экипаж Artemis II о моменте, когда земля исчезла за луной 19815Почему луна выглядит по-разному в разных точках земли? 19814Adobe экстренно закрыла опасную дыру в Acrobat Reader, которую хакеры использовали с... 19813Метеорный поток, рождённый из умирающего астероида 19812Когда робот пишет за тебя прощальную смс 19811Что общего у лунной миссии, толстого попугая, загадочной плащаницы и лекарства от диабета? 19810Какие снимки Artemis II уже стали иконами лунной программы? 19809Кто на самом деле хочет сладкого — вы или ваши бактерии? 19808Как рекламные данные 500 миллионов телефонов оказались в руках спецслужб? 19807Экипаж Artemis II вернулся на землю после десяти дней в космосе 19806Зелёная и коричневая луна: почему геологи Artemis II уже не могут усидеть на месте 19805Эксперты уверены в теплозащитном щите Artemis II, несмотря на проблемы предшественника 19804Выжить внутри торнадо: каково это — когда тебя засасывает в воронку 19803Аляскинские косатки-охотники на млекопитающих замечены у берегов Сиэтла
Ссылка