प्रकाश के स्पंदन अजीब गैसों की तरह व्यवहार कर सकते हैं

में प्रकाशित कार्य में विज्ञानप्रोफेसर डॉ उल्फ पेशेल की अगुआई वाली टीम ने ग्लास फाइबर के माध्यम से हजारों किलोमीटर की यात्रा करने वाली दालों की एक श्रृंखला पर माप की सूचना दी, जो कुछ माइक्रोन से अधिक मोटी नहीं थी। शोधकर्ता परिणामों से हैरान थे।

जेना में समूह के प्रमुख प्रोफेसर उल्फ पेशेल कहते हैं, “हमने पाया कि प्रकाश की दालें लगभग सौ किलोमीटर के बाद खुद को व्यवस्थित करती हैं, और फिर एक पारंपरिक गैस के अणुओं की तरह व्यवहार करती हैं, उदाहरण के लिए हवा।”

एक गैस में, कण अलग-अलग गति से आगे और पीछे चलते हैं, लेकिन फिर भी उनकी एक औसत गति होती है जो उनके तापमान से निर्धारित होती है। यद्यपि प्रकाश की किरणें कांच के तंतुओं के माध्यम से लगभग 200,000 किलोमीटर प्रति सेकंड की औसत गति से फैलती हैं, सभी समान गति नहीं हैं। पेशेल कहते हैं, “उनके वेगों का सांख्यिकीय वितरण बिल्कुल वैसा ही है जैसा कि स्थिर तापमान पर एक पारंपरिक गैस का होता है।”

जैसा कि शोधकर्ताओं ने अब अपने नवीनतम प्रकाशन में पहली बार दिखाया है, इस फोटॉन गैस को ठंडा किया जा सकता है, उदाहरण के लिए, थर्मल विस्तार के रूप में जाने वाली प्रक्रिया के माध्यम से। एक वास्तविक गैस की तरह, ठंडा करने के दौरान अणुओं के वेग में अंतर कम हो जाता है और सिग्नल अनुक्रम में क्रम अनायास बढ़ जाता है। जब शून्य K का पूर्ण तापमान पहुँच जाता है, तो सभी स्पंद ठीक उसी गति से फैलते हैं।

उलटी प्रक्रिया भी संभव है। “जब ऑप्टिकल गैस गर्म होती है, तो गति बढ़ जाती है,” पेस्केल बताते हैं। यदि सभी नाड़ी वेग समान रूप से अक्सर होते हैं, तो विकार अधिकतम होता है और तापमान अनंत होता है- एक ऐसी अवस्था जिसे वास्तविक गैस में नहीं पहुँचा जा सकता क्योंकि इसके लिए अनंत मात्रा में ऊर्जा की आवश्यकता होती है।

“इसके विपरीत, अपवर्तक सूचकांक का आवधिक मॉड्यूलेशन ग्लास फाइबर में अनुमत नाड़ी वेग की सीमा को सीमित कर सकता है। इस तरह, सभी उपलब्ध वेग राज्य समान रूप से उत्साहित हो सकते हैं, जिसके परिणामस्वरूप अनंत तापमान की एक फोटॉन गैस होती है। इसके अलावा, अधिमान्य रूप से रहने वाले अत्यधिक वेग बताता है – फोटॉन गैस अनंत ऊष्मा से अधिक गर्म हो जाती है।

“इस राज्य के लिए, जिसे केवल सैद्धांतिक रूप से प्रकाश के लिए वर्णित किया गया है, पूर्ण शून्य से कम तापमान गणितीय रूप से माना जाता है,” पेशेल कहते हैं। वह और उनके सहयोगियों ने अब नकारात्मक तापमान के साथ ऐसी फोटोनिक गैस बनाने में कामयाबी हासिल की है, और पहली बार दिखाया है कि यह ऊष्मप्रवैगिकी के शास्त्रीय नियमों का पालन करता है।

“हमारे नतीजे ऑप्टिकल सिग्नल के बड़े समूहों के सामूहिक व्यवहार की बेहतर समझ में योगदान देंगे। यदि हम थर्मोडायनामिक्स के नियमों को ध्यान में रखते हैं, तो हम ऑप्टिकल डेटा ट्रांसमिशन को अधिक मजबूत और भरोसेमंद बना सकते हैं, उदाहरण के लिए दालों के वितरण को संरचित करके सबसे अच्छा थर्मल वितरण से मेल खाता है।”