德国玻恩大学的Busley等人，在使用微结构化方法创建的平底镜盒中捕获光子，首次创建出均匀的光子量子气体。该团队测量了光子气体在相变到量子简并态附近的可压缩性，并确定了其状态方程。这项工作为研究室温下的奇异量子相提供了一个平台。相关成果于3月24日发表在《科学》杂志上。
Busley等人使用两个间隔很近的反射镜，光子在反射镜之间来回反射。每个光子的大部分能量用于其来回运动，只留下少量能量用于其平行于反射镜的运动。这个限制使每个光子都具有一个有效的质量，即其的行为就像一个粒子—尽管是一个非常轻的粒子，质量只有一个电子的千万分之一。至关重要的是，在镜子之间有一种“染料”，可以不断吸收和发射光子。这种染料保持在室温下，使得光子气体在300 K下进入热力学平衡。Busley等人直接观察到随着盒子中光子数量的增加，玻色-爱因斯坦凝聚开始形成。起初，光子占据了许多不同的能量状态，这与麦克斯韦-玻尔兹曼分布相同（比如空气所遵循的统计分布）。然而，当光子总数达到一个临界值时，热激发态的布居就会饱和，额外的光子开始在低能态以宏观数目堆积起来。Busley等人通过倾斜其中一个限制镜来测量光子气体的可压缩性，这导致光子像倾斜碗中的水一样聚集在一侧。最初，随着更多光子的加入，气体变得更难压缩。然而，随着光子气体变得量子简并，这种行为发生了巨大的变化，可压缩性急剧增加。在量子力学的描述中，光既可以是粒子也可以是波，论文的作者之一Schmitt说：“这些光子的行为就像铺展开来的波，最终产生重叠，变得不可分辨。”
展望未来，一旦系统的组成部分开始相互作用，最有趣的那些物质相就会出现，这意味着未来实验的一个重要目标是促使捕获的光子对其近邻光子做出反应。Schmitt认为，除了研究物质的基本状态外，这种光子气体还可用于制造测量力的高灵敏度传感器。
论文链接：
https://www.science.org/doi/10.1126/science.abm2543#core-collateral-metrics
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