نور مایع چیست و محققان چطور موفق به تولید آن شدند؟

ساختني/ ماه ژوئن سال ۲۰۱۷ بود که محققان براي اولين بار موفق به دستيابي به نور مايع در دماي اتاق شدند. بعد از آن آزمايش، دسترسي به اين شکل عجيب از ماده بالاخره ممکن به نظر مي‌رسيد. نور مايع هم يک ابرشارگي است – که اصطکاک و گران‌روي آن معادل صفر است – و هم يک نوع چگالش بوز-انيشتين محسوب مي‌شود – که گاهي اوقات به عنوان حالت پنجم ماده شناخته مي‌شود و امکان گردش نور دور اجسام و گوشه‌ها را فراهم مي‌کند. نور معمولي مثل يک موج و گاهي اوقات مثل يک ذره رفتار مي‌کند؛ يعني هميشه در يک خط مستقيم حرکت مي‌کند. دقيقا به خاطر همين ويژگي نور است که چشم ما نمي‌تواند گوشه‌ها را دور يا پشت گوشه‌ها را ببيند. اما همين نور مي‌تواند در شرايط خاص مثل مايع عمل کند و دور اجسام حرکت کند! چگالش بوز-انيشتين به اين خاطر براي فيزيک‌دانان جالب است که در اين حالت از ماده، قوانين از فيزيک کلاسيک به فيزيک کوانتوم تغيير مي‌کنند و ماده ويژگي‌هايي شبيه به موج پيدا مي‌کند. اين حالت ماده در دماي نزديک به صفر مطلق ايجاد مي‌شود و کمتر از يک ثانيه طول مي‌کشد. اما در اين مطالعه محققان اعلام کردند با استفاده از ترکيب نور و ماده موفق به ساخت يک چگالش بوز-انيشتين در دماي اتاق شده‌اند. دنيل سانويتو، محقق ارشد اين گروه تحقيقاتي درباره اين موفقيت گفته است: «مهمترين دستاورد آزمايشات ما اين است که نشان داديم ابرشارگي در دماي اتاق و شرايط محيطي و با استفاده از ذرات نور-ماده به نام پلاريتون هم قابل دستيابي است.» ممکن است اين توضيحات پروفسور سانويتو ساده به نظر برسد اما توليد پولاريتون نيازمند تجهيزات بسيار حساس و دقيق و مهندسي در مقياس نانو است. اين گروه تحقيقاتي يک لايه از مولکول‌هاي ارگانيک به ضخامت ۱۳۰ نانومتر را بين دو آينه فوق بازتابنده قرار دادند و آن را در يک پالس ليزر ۳۵ فمتوثانيه‌اي قرار دادند (يک فمتوثانيه برابر با يک ميليون ميلياردم ثانيه است!). به اين ترتيب موفق شدند خصوصيات فوتون‌ها – مثل جرم موثر و شتاب بالاي نور – را با فعل و انفعالات قوي ناشي از الکترون‌هاي موجود در مولکول‌ها ترکيب کنند. نتيجه اين ترکيب هم دستيابي به ابرشاري شد که خصوصيات بسيار قوي و البته منحصربه‌فردي دارد. در شرايط عادي وقتي يک مايع روي سطحي روان مي‌شود، موج توليد مي‌کند اما يک ابرشار اينطور رفتار نمي‌کند. همانطور که در تصوير زير مي‌بينيد جريان پلاريتون‌ها هم در شرايط عادي شبيه موج منتشر مي‎شوند اما در ابرشارگي اتفاق ديگري مي‌افتد. در يک ابرشار اين آشفتگي اطراف موانع، سرکوب مي‌شوند و در نتيجه شکل جريان ابرشار تغيير نمي‌کند و شکل موج به خودش نمي‌گيرد. محققان مي‌گويند نتايج اين آزمايش نه تنها مسير تحقيقات جديد در حوزه هيدروديناميک کوانتوم را هموار کرده بلکه دستيابي به دستگاه‌هاي پلاريتون در دماي اتاق براي فناوري‌هاي آينده را ممکن ساخته است. توليد مواد فوق رسانا براي دستگاه‌هايي مثل LEDها، پنل‌هاي خورشيدي و ليزرها فقط برخي از اين فناوري‌ها هستند. مهمترين چيز درباره مشاهده نور مايع در دماي اتاق اين است که اهميت نظري و عملي آن يکسان است. اين آزمايش نه تنها مطالعه پديده‌هاي بنيادي را دقيق‌تر مي‌کند بلکه در حوزه توليد دستگاه‌هاي فوتونيک مبتني بر ابرشار هم بسيار تاثيرگذار خواهد بود. ما را در کانال «آخرين خبر» دنبال کنيد