物理学家刚刚进行了一次奇怪的粒子实验，仅仅七个光子组成的粒子行为同数十亿的粒子群体的行为非常相似。
物质在更大的尺度上的变化,称为相变, 例如水变成了固体冰或蒸汽。 科学家们过去在大量的分子中观察到这样的行为, 但从未在如此小的集群里发现。
在9月10日发表在《自然》杂志上的一项新研究中, 研究人员在由七个光子组成的系统中观察到相变。这是一种被称为玻色-爱因斯坦凝聚态（BEC）的奇异物理状态。这是物质在超低温条件下所能达到的物理状态，在这种状态下，粒子开始混合在一起，并一致地行动，呈现出气态的，超流性的物质状态。
因为光子是一束光，它们是由能量构成的，它们经历相变过程这个想法真的很奇怪。但早在2010年，一组德国研究人员发现，光粒子可以被诱导成如同上文提到的BEC的物理行为，就像它们的物质粒子一样。
为了捕获光子，这些研究人员建造了一个小的镜面室，并用彩色燃料填充。当光粒子撞到染料颗粒时，染料粒子就会吸收光粒子并重新发射，所以光子需要更长的时间才能穿过腔室，这样研究人员有效地减慢了它们的速度。
当光子撞击房间的镜像墙时，光子会在不被吸收或逃避的情况下弹开。所以这个房间实际上是一个有效的空间，研究人员可以让光子变得迟缓，把它们放在近距离处观察。在这种情况下，物理学家发现光子会像物质一样相互作用，并表现出像玻色-爱因斯坦凝聚态BEC一样的行为。
在最近的实验中,研究人员想弄清楚如果光子发生相变所需的最小数量。 他们使用一种精细调谐的激光，将光子泵入一个类似的充满染料的镜子陷阱，并观察这种混合物以确定BEC现象何时会出现。他们实验发现，平均只需要7个光子，光子就会产生BEC——它们开始表现得像一粒。对于相变来说，这是必要的一个新的低标准粒子计数。
该研究的主要作者，伦敦帝国理工学院的物理学家罗伯特尼曼在声明中说：现在已经证实，在这样小的系统中相变仍然存在，我们可以用这种方式去探索光子属性，而在更大的系统中研究却似乎不太现实。
研究人员指出，微BEC和涉及到更大的粒子群的相变之间存在一些差异。当冰升温到它的熔点的时候，它就会立即从固体变成液体，没有任何中间阶段。大多数化学物质的大部分相变也是如此。但是七个光子的BEC现象似乎是以一种渐进的形式形成，而不是立即形成。
研究人员表示，该实验表明即使在非常小的尺度上的光子相变也同更大尺度上的常见相变现象特别相似。物理学就是物理学，都有着一贯的通用定律。
联系客服
