การอธิบายระบบที่แตกต่างกันโดยใช้กฎพื้นฐานเดียวกันเป็นแนวคิดที่มีมาแต่โบราณ ตัวอย่างเช่น ในช่วงต้นศตวรรษที่ 18 นักคณิตศาสตร์ชาวฝรั่งเศส Évariste Galois ได้ให้กำเนิดทฤษฎีกลุ่ม ซึ่งเป็นส่วนสำคัญของคณิตศาสตร์ แต่ก็พบว่ามีการประยุกต์ใช้อย่างเป็นรูปธรรมในฟิสิกส์และเคมีด้วย ในฟิสิกส์เชิงสถิติ เครื่องมือทางคณิตศาสตร์อื่นๆ ที่เรียกว่าคลาสความเป็นสากลสามารถอธิบายระบบที่มีลักษณะทางมหภาคเหมือนกัน แม้ว่ารายละเอียดในระดับจุลภาคของระบบเหล่านี้จะแตกต่างกันมากก็ตาม คลาสความเป็นสากลบางคลาสใช้พารามิเตอร์เพียงไม่กี่ตัวเพื่ออธิบายระบบที่ประกอบด้วยอนุภาคจำนวนมากในสภาวะสมดุลทางความร้อน
อย่างไรก็ตาม ระบบส่วนใหญ่ในธรรมชาติไม่อยู่ในภาวะสมดุล ในปี 1986 Mehran Kardar, Giorgio Parisi และ Yi-Cheng Zhang ได้รับสมการ Kardar-Parisi-Zhang (KPZ) ความก้าวหน้านี้สร้างคลาสความเป็นสากลของ KPZ ซึ่งอธิบายไดนามิกของอินเทอร์เฟซที่หลากหลาย ซึ่งรวมถึงพื้นผิวที่เป็นผลึก แนวไฟป่า และน้ำค้างแข็งบนหน้าต่าง ระบบเหล่านี้เป็นระบบที่ขยายและหดตัวในลักษณะสุ่ม ดังนั้นจึงจัดอยู่ในระบบที่ไม่อยู่ในสภาวะสมดุล
ตอนนี้ ซิลแว็ง ราเวตส์ และ แจ็กเกอลีน โบลช ที่ Université Paris-Saclay ของฝรั่งเศสและทีมงานระหว่างประเทศที่ทำงานร่วมกันได้ทำการทดลองที่แสดงให้เห็นว่าคอนเดนเสท Bose-Einstein ที่มีขั้ว (BECs) สามารถให้แพลตฟอร์มที่ปรับได้เพื่อศึกษาระดับความเป็นสากลของ KPZ และฟิสิกส์ที่สมบูรณ์ พวกเขารายงานผลใน ธรรมชาติ.
quasiparticle ของแสงและสสาร
Exciton–polaritons – มักเรียกง่ายๆ โพลาริตัน – คือ quasiparticles ที่เกิดจากการควบรวมระหว่างโฟตอนและคู่อิเล็กตรอน-โฮล ซึ่งเรียกตัวมันเองว่า excitons ในการทดลอง ทีมงานใช้เลเซอร์เพื่อปล่อยโฟตอนที่ถูกจำกัดอยู่ภายในโพรงขนาดเล็กของ Fabry-Perot ประกอบด้วยตัวสะท้อนแสงแบรกก์แบบกระจายสองตัวดังแสดงในรูป โฟตอนถูกดูดซับโดยหลุมควอนตัมของเซมิคอนดักเตอร์ที่ฝังอยู่ในโพรง ทำให้เกิด excitons จากนั้น excitons จะถูกทำลายโดยการรวมตัวกันของรูอิเล็กตรอนอีกครั้งและสร้างโฟตอนอีกครั้ง สิ่งนี้ก่อให้เกิดโพลาริตอนหากกระบวนการเกิดขึ้นหลายครั้งก่อนที่โฟตอนจะหลุดออกจากโพรง
คุณสมบัติที่สำคัญของโพลาริตอนคือพวกมันเป็นโบซอน ดังนั้นจึงไม่อยู่ภายใต้หลักการกีดกันของเพาลี ดังนั้นจึงเป็นไปได้ที่จะสร้างโพลาริโทนิก BEC ซึ่งประกอบด้วยจำนวนควอซิพัทเทอร์จำนวนมหาศาลในสถานะควอนตัมเดียว เมื่อเปรียบเทียบกับ BEC ที่ทำจากก๊าซปรมาณู ซึ่งจำเป็นต้องทำให้เย็นลงจนถึงอุณหภูมิต่ำกว่าไมโครเคลวิน คอนเดนเสทโพลาริโทนิกสามารถสร้างขึ้นได้ตามปกติที่อุณหภูมิไม่กี่เคลวิน และบางครั้งที่อุณหภูมิห้อง ขึ้นอยู่กับสารกึ่งตัวนำที่ใช้ ความแตกต่างที่สำคัญอีกประการระหว่าง BECs ของอะตอมและโพลาริโทนิกคือ BECs ของอะตอมนั้นอยู่ในสภาวะสมดุลทางความร้อน ในขณะที่ BECs ของโพลาริโทนิกนั้นเป็นระบบที่ไม่อยู่ในสภาวะสมดุล อันที่จริง เพื่อรักษาโพลาริโทนิกคอนเดนเสท นักวิทยาศาสตร์ต้องกระตุ้นโพรงด้วยเลเซอร์อย่างต่อเนื่องเพื่อให้จำนวนโฟตอนเข้าและออกจากระบบคงที่
Syukuro Manabe, Klaus Hasselmann และ Giorgio Parisi คว้ารางวัลโนเบลสาขาฟิสิกส์ประจำปี 2021
สมการ KPZ ถูกนำมาใช้เป็นครั้งแรกเพื่ออธิบายพลวัตแบบจับจดของระบบที่ไม่อยู่ในสมดุล เช่น ส่วนต่อประสานของการขยายอาณานิคมของแบคทีเรีย อันที่จริงแล้ว อินเทอร์เฟซที่กำลังเติบโตเกือบทั้งหมดจัดอยู่ในคลาสความเป็นสากลของ KPZ Ravets, Bloch และเพื่อนร่วมงานได้ทำการวัดระยะของ BECs แบบโพลาริโทนิกและแสดงให้เห็นว่ามันจัดอยู่ในประเภทความเป็นสากลของ KPZ นี่เป็นการยืนยันคำทำนายที่เกิดขึ้นในปี 2015 แม่นยำยิ่งขึ้น พวกเขาได้แสดงให้เห็นโดยใช้ออปติคัลอินเตอร์เฟอโรเมทรีว่าการสลายตัวของเฟสของคอนเดนเสทโพลาริตอน 1D เป็นไปตามกฎมาตราส่วน KPZ ทั้งในเชิงตัวเลขและเชิงทดลอง
"นอกเหนือไปจาก 1D แล้ว exciton-polariton lattices นำเสนอมุมมองที่น่าตื่นเต้นสำหรับการสำรวจฟิสิกส์ของ KPZ ในรูปแบบ 2 มิติ ซึ่งเป็นที่ต้องการของการทดลองอย่างมาก" ทีมงานเขียนไว้ใน ธรรมชาติ. นอกจากนี้ยังสามารถควบคุมการทดลองโพลาริโทนิกได้อย่างแม่นยำ ซึ่งหมายความว่างานวิจัยของพวกเขาปูทางไปสู่แพลตฟอร์มโพลาริโทนิกที่ปรับได้เพื่อศึกษาระบบควอนตัมที่ไม่สมดุลต่างๆ ที่เป็นของ KPZ และคลาสความเป็นสากลอื่นๆ
