物理學家成功地將光粒子變成了一種他們稱為”奇異的物質狀態”–一維氣體。他們是透過將光子限制在一個極小的空間內並對其進行冷卻來做到這一點的。至少可以說，結果是驚人的。

這項實驗由波昂大學和凱澤斯勞滕-蘭道大學（RPTU）的團隊進行，他們從一個日常現像中汲取靈感–花園水管灌滿水池與灌滿水溝的對比。當水流到水池表面時，水會向外擴散，水位的任何變化都微乎其微，因為它是橫向擴散的。但如果將水流射入狹窄的水溝，就會產生集中的水波，沿著水溝的長度方向傳播。

研究人員指出： “水溝越窄，波的振幅就越高，因此也就越’一維’。”

從根本上說，物理學家們透過製造”微觀上的小水槽”將這種現象微型化，從而將光線限制在類似的一維路徑上。他們的方法是在一個微小的容器中註入染料溶液，然後用雷射對其進行刺激。由此產生的光子在反射壁之間跳射，每次與染料分子碰撞都會損失能量，直到最終凝聚成光子氣體。

最重要的是，這種光子物質的維度可以透過調整容器內的反射表面來進一步調整。

“我們能夠在反光錶面塗上透明聚合物，形成微觀上很小的突起，”來自RPTU 的Julian Schulz 解釋。 “這些突起使我們能夠在一維或二維範圍內捕獲光子並將其凝聚。這些聚合物的作用就像一種水溝，但在這種情況下是針對光的，”該研究的主要作者Kirankumar Karkihalli Umesh 說。 “這種水溝越窄，氣體的表現就越單一”。

說到一維行為，研究人員發現，管理這些奇異物質狀態的規則與傳統的二維光子氣體不同。例如，相變開始變得混亂。在普通物質中，材料會發生精確的相變–想想水在0度時會結冰。然而，在低維度中，熱波動會破壞這種相變。

“所謂的熱波動發生在光子氣體中，但它們在二維空間中非常小，不會產生實際影響。然而，在一維中，這些波動可以–形像地說–掀起大浪，”Vewinger 解釋說。

聽起來研究人員似乎打破了量子物理定律，但事實並非如此。氣體的特性仍受量子物理定律的支配–這種氣體被稱為”退化量子氣體”。他們把這些氣體比喻成水，水在低溫下可以變成泥漿，而不會完全凍結。

不過，這項研究仍然很有啟發性，因為研究人員能夠證明單維度光子氣體實際上並沒有一個精確的凝結點。展望未來，他們希望更深入地挖掘跨越不同維度的現象，同時利用”量子光學效應”開啟新的應用。