Свет — это поток фотонов, которые являются элементарными частицами электромагнитного поля. Фотоны не имеют массы и движутся со скоростью света в вакууме. Они также могут взаимодействовать с другими частицами, например, с электронами в атомах и молекулах. Когда фотон поглощается электроном, он переводит его на более высокий энергетический уровень, а когда электрон возвращается на более низкий уровень, он излучает фотон. Это называется процессом поглощения и испускания света.
Однако иногда фотон и электрон могут образовать своеобразную связку, которая называется экситоном. Экситон — это квазичастица, которая представляет собой возбужденное состояние среды, в которой находится электрон. Экситон имеет некоторую энергию и массу, которая зависит от свойств среды. Экситоны могут перемещаться в среде и взаимодействовать с другими экситонами, образуя сложные структуры.
Еще одна квазичастица, которая может возникать при взаимодействии света и материи, называется поларитоном. Поларитон — это гибрид фотона и экситона, который имеет свойства как света, так и материи. Поларитоны могут существовать в определенных условиях, когда свет сильно связан с средой, например, в специальных оптических резонаторах. Поларитоны имеют очень маленькую массу и могут двигаться со скоростью, близкой к скорости света. Они также могут образовывать когерентные состояния, когда все поларитоны имеют одинаковую фазу и частоту. Такие состояния называются поларитонными конденсатами Бозе-Эйнштейна.
Поларитонный конденсат Бозе-Эйнштейна — это квантовая жидкость света, которая имеет удивительные свойства. Она может течь без трения, преодолевать препятствия, создавать вихри и волны, а также демонстрировать квантовую интерференцию и суперпозицию. Квантовая жидкость света может быть использована для создания новых типов устройств, основанных на свете, таких как лазеры, светодиоды, солнечные батареи, датчики, логические элементы и даже квантовые компьютеры. Однако для этого необходимо иметь возможность управлять ее формой, распределением, плотностью и энергией.