Использование возможностей квазичастиц: Революционные источники света для научно-технического прогресса

Квазичастицы — загадочные образования, образующиеся при синхронном движении нескольких электронов, — способны перевернуть представление о физике излучения.

В новаторском исследовании, опубликованном в журнале Nature Photonics, международная группа ученых из Высшего технического института (IST) в Португалии, Рочестерского университета, Калифорнийского университета в Лос-Анджелесе и Лаборатории прикладной оптики во Франции предложила инновационные способы использования квазичастиц для создания источников света, не уступающих по мощности существующим, но значительно меньших по размеру.

Преодоление законов физики

Одним из наиболее привлекательных аспектов квазичастиц является их способность двигаться таким образом, что, казалось бы, они не подчиняются законам физики, регулирующим движение отдельных частиц. Джон Паластро, старший научный сотрудник Лаборатории лазерной энергетики, поясняет: "Наиболее интересным аспектом квазичастиц является их способность двигаться таким образом, который не допускается законами физики, регулирующими движение отдельных частиц".

Беспрецедентная скорость и устойчивость

Квазичастицы обладают необычными свойствами, которые отличают их от других. Они могут перемещаться со скоростью, превышающей скорость света, и выдерживать воздействие мощных сил, подобных тем, которые возникают вблизи черных дыр. Эти уникальные свойства делают их потенциально перспективными для использования в различных научных и технологических приложениях.

Исследование источников света на основе квазичастиц

Группа ученых провела обширные исследования отличительных свойств квазичастиц в плазме, используя передовое компьютерное моделирование на суперкомпьютерах, предоставленных Европейским объединенным проектом высокопроизводительных вычислений. Полученные результаты позволяют говорить о широком спектре перспективных применений источников света на основе квазичастиц.

1. Неразрушающая визуализация: Источники света на основе квазичастиц могут произвести революцию в неразрушающих методах визуализации. Используя эти источники света, ученые смогут проводить сканирование на наличие вирусов и глубже понять биологические процессы, такие как фотосинтез.

2. Производство компьютерных чипов: Гибкость квазичастиц открывает новые возможности для производства компьютерных чипов. Суммарное излучение, испускаемое всеми электронами квазичастиц, может имитировать поведение частицы, движущейся быстрее света, или колеблющейся частицы, несмотря на то, что ни один отдельный электрон не выходит за эти пределы.

3. Исследование небесных тел: Квазичастицы предоставляют уникальную возможность изучить поведение вещества в планетах и звездах. Используя источники света на основе квазичастиц, ученые могут получить ценные сведения о тайнах Вселенной.

Преимущества перед существующими источниками света

Источники света на основе квазичастиц имеют явное преимущество перед существующими формами источников света, такими как лазеры на свободных электронах.

Эти существующие источники малочисленны и массивны, что делает их непрактичными для большинства лабораторий, больниц и предприятий. В отличие от них квазичастицы способны создавать невероятно яркий свет, преодолевая при этом минимальное расстояние. Этот прорыв может открыть путь к широкому научно-техническому прогрессу в лабораториях по всему миру.

Мнения экспертов о квазичастицах

Бернардо Малака (Bernardo Malaca), докторант IST и основной автор исследования, подчеркивает огромную гибкость квазичастиц. Он утверждает: "Несмотря на то, что каждый электрон совершает относительно простые движения, суммарное излучение всех электронов может имитировать излучение частицы, движущейся быстрее света, или осциллирующей частицы, хотя в локальном пространстве нет ни одного электрона, движущегося быстрее света, или осциллирующего электрона".

Будущее квазичастиц

Исследование, проведенное международным коллективом ученых, является важной вехой в использовании потенциала квазичастиц для практического применения. По мере дальнейшего прогресса в этой области мир может ожидать революционных открытий и инноваций, основанных на использовании потенциала квазичастиц.