Onderzoekers hebben een Bose-Einstein-condensaat gemaakt met een recordsnelheid, het creëren van de fascinerende fase van materie in ongeveer 100 femtoseconden. Om een ​​idee te krijgen hoe snel dat gaat, honderd femtoseconden vergeleken met één seconde is proportioneel hetzelfde als een dag vergeleken met de leeftijd van het heelal. Het project was het resultaat van een samenwerking tussen de Aalto Universiteit en de Universiteit van Oost-Finland.

Bose-Einstein-condensatie is een kwantumfenomeen waarbij een groot aantal deeltjes zich begint te gedragen alsof ze één zijn. Albert Einstein en Satyendra Nath Bose voorspelden dit fascinerende gedrag begin vorige eeuw. Veel verschillende systemen, zoals gassen van alkaliatomen of halfgeleiders in combinatie met licht, zijn gebruikt voor het waarnemen van deze condensaten. Geen van hen komt tot stand, echter, zo snel als het Bose-Einstein-condensaat van de Finse onderzoekers.

Bose-Einstein-condensaten bestaande uit licht zijn vergelijkbaar met lasers en bijzonder veelbelovend voor informatie- en kwantumtechnologieën. De informatieoverdracht van internet is tegenwoordig afhankelijk van de hoge snelheid van het licht. In principe, light kan ook worden gebruikt om ultrasnel computergebruik te bieden met een laag energieverbruik, maar om dit te bereiken, moeten we de grenzen verleggen van wat we weten over de interactie van licht met materie.

In onze dagelijkse wereld, watermoleculen van vochtige lucht condenseren op het oppervlak van een koud bierblikje. evenzo, in de kwantumwereld, deeltjes moeten een manier vinden om hun energie te verliezen om te condenseren tot de laagst mogelijke energietoestand. Dit proces kost doorgaans duizenden van een seconde tot biljoenste van een seconde. Hoe was het mogelijk om nog sneller condensaat te vormen?

"Na zorgvuldige analyse van onze meetgegevens, we realiseerden ons dat de energie-ontspanning in ons systeem een ​​sterk gestimuleerd proces is. Dit betekent dat de effectieve interactie van fotonen, wat leidt tot condensatie, versnelt als het aantal fotonen toeneemt. Een dergelijk fenomeen is de sleutel tot de versnelling, ", legt Aaro Väkeväinen uit, die met deze resultaten zijn doctoraat afrondde. Een andere uitdaging was om te bewijzen dat condensatie inderdaad met recordsnelheid plaatsvindt, omdat zelfs geavanceerde laboratoriumcamera's niet aan een dergelijke tijdresolutie voldoen. "Toen we in 50 femtoseconden energie in de moleculen pompten, het condensaat werd waargenomen. Maar met 300 femtoseconde pomppuls zagen we het niet, die aangaf dat de condensatie nog sneller moest worden geactiveerd, ’, zegt promovendus Antti Moilanen.

"Dit condensaat produceert een coherente lichtstraal die 100.000 keer helderder is dan het eerste plasmonpolaritoncondensaat aan het oppervlak dat we twee jaar geleden in een metalen nanostaafarray hebben waargenomen, ", zegt Academieprofessor Päivi Törmä. Het grote aantal fotonen in de bundel maakt een duidelijke observatie mogelijk van de verdeling van fotonen bij verschillende energieën die werd voorspeld door Bose en Einstein, zoals weergegeven in de afbeelding. "De helderheid van de straal maakt het gemakkelijker om nieuwe gebieden van fundamenteel onderzoek en toepassingen met deze condensaten te verkennen, " vervolgt ze. Een uitvinding die voortkwam uit het condensaatonderzoek van de groep heeft zojuist een patent gekregen en zal verder worden ontwikkeld.