室溫下首次完成“液態光”：傳統物理定律失效

2017年6月，物理學家首次在室溫下實現了“液態光”，這一突破使得這一特殊形態的光比以往更觸手可及。

這種物質既是超流體，又是一種玻色-愛因斯坦凝聚物（Bose-Einstein condensate）。

超流體的摩擦力和黏度均為零，玻色-愛因斯坦凝聚物則常被稱為物質的第五形態，它可以環繞著物體流動、到達每個角落。

常態光總是以直線形式傳播，如同波浪一般，偶爾像粒子。這就是你無法全方位地看到整個角落或物體的原因。

然而，在極端條件下，光可以像液體一樣傳播，真正地圍繞著整個物體流動。

玻色-愛因斯坦凝聚物吸引了眾多物理學家，原因在于：一旦物質處于這一形態，傳統的物理規則就會轉變為量子物理學，物質屬性開始更偏向于波的性質。

液態光形成于接近絕對零度的環境下，存在的時間僅為幾分之一秒。

然而，在這項研究中，研究人員使用獨特的光和物質混合物，在室溫下制作出玻色-愛因斯坦凝聚物，其獨特程度絕不遜于“科學怪人”。

本項研究的領導者是來自意大利CNR NANOTEC納米科技研究的Daniele Sanvitto，他說：“我們在研究中發現了一個極為重大的現象——當使用極化激元這一光物質粒子時，超流體能夠存在于室溫環境中。”

創造極化激元涉及一些重大設備和納米級工程。

科學家用兩個超反射鏡夾著一個厚度為130納米的有機分子層，并使用35飛秒的激光脈沖對這一夾層進行沖擊（1飛秒為千萬億分之一秒）。

“由于分子間存在電子，我們可以通過這種方式把光子的特性——如光子的有效質量及其高速——與強相互作用結合起來。”團隊成員之一、來自加拿大蒙特利爾大學工學院的Stéphane Kéna-Cohen說。

這一研究產生的“超流體”有著一些特殊屬性。

在正常條件下，液體流動會產生波紋和旋渦——但超流體不會產生這些現象。

正如下圖所示，極化激元流在非超流體中受到了干擾，如同普通情況下的液體流產生波紋，但超流體中的極化激元不會受到干擾：

非超流體（上圖）和超流體（下圖）中極化激元流遇到障礙物的反應。（圖片來自蒙特利爾大學工學院）

Kéna-Cohen說：“在超流體中，液體波動會被阻礙物抑制，這使得液體流保持原狀，不受干擾。”

研究人員表示，這一研究成果不僅為量子流體力學的新研究鋪平了道路，還為先進未來科技所需的室溫極化設備提供了條件，如生產用于LED、太陽能板和激光器等器件的超導材料。

團隊指出：“液體光能夠存在于室溫環境中這一突破擦出了無數未來巨作的火花，由此引發的不僅是關于玻色-愛恩斯特凝聚物基本原理的相關研究，還有未來光子超流體器件的構建和設計，這些器件可實現零損耗，形成前所未有的新現象。”