Egy újonnan észlelt hatás átlátszóvá teszi az atomokat bizonyos fényfrekvenciák számára

Egy újonnan felfedezett jelenség, a "kollektíven indukált transzparencia" (CIT) azt okozza, hogy az atomcsoportok hirtelen abbahag...

Kormányzati tudósok teljesen új kvantum-összefonódást fedeztek fel

A fizikusok hihetetlen "kvantumtornádókat" figyeltek meg, amelyek ultrahideg atomokból alakultak ki

A kutatók soha ilyen nagyításban nem láthatták még az atomokat, amit egy új technika segítségével most már megtehetnek

Egy újonnan felfedezett jelenség, a "kollektíven indukált transzparencia" (CIT) azt okozza, hogy az atomcsoportok hirtelen abbahagyják a fény visszaverését meghatározott frekvenciákon.

A CIT-t úgy fedezték fel, hogy az itterbium atomokat egy optikai üregbe zárták be - lényegében egy kis fénydobozba -, és lézerrel lőtték őket. Bár a lézer fénye egy bizonyos pontig visszaverődik az atomokról, a fény frekvenciájának beállításakor megjelenik egy átlátszósági ablak, amelyben a fény egyszerűen akadálytalanul áthalad az üregen.

"Soha nem tudtuk, hogy létezik ez az átlátszó ablak," - mondja Andrei Faraon, a Caltech munkatársa, William L. Valentine, az alkalmazott fizika és elektrotechnika professzora, és a felfedezésről szóló tanulmány társszerzője, amelyet április 26-án tettek közzé a Nature folyóiratban. "Kutatásunk elsősorban az okok kiderítésére irányuló utazássá vált." (1)

Az átlátszósági ablak elemzése rámutat arra, hogy az atomcsoportok és a fény közötti kölcsönhatások eredménye az üregben. Ez a jelenség a destruktív interferenciához hasonlít, amelyben két vagy több forrásból származó hullámok kiolthatják egymást. Az atomcsoportok folyamatosan elnyelik és újra kibocsátják a fényt, ami általában a lézer fényének visszaverődését eredményezi. A CIT frekvencián azonban egyensúly jön létre a csoport minden egyes atomjából újra kibocsátott fény által, ami a visszaverődés csökkenését eredményezi.

"Az azonos optikai mezőhöz erősen kapcsolt atomok együttese váratlan eredményekhez vezethet," - mondja Mi Lei, a Caltech végzős hallgatója.

A mindössze 20 mikron hosszúságú és 1 mikronnál kisebb jellemzőkkel rendelkező optikai rezonátort a Caltech Kavli Nanotudományi Intézetében gyártották.

"Hagyományos kvantumoptikai mérési technikák révén azt találtuk, hogy rendszerünk egy feltáratlan rendszert ért el, ami új fizikát tárt fel," - mondja Rikuto Fukumori végzős hallgató, a tanulmány társszerzője.

Az átlátszóság jelensége mellett a kutatók azt is megfigyelték, hogy az atomok gyűjteménye a lézer intenzitásától függően sokkal gyorsabban vagy lassabban képes elnyelni és kibocsátani a lézer fényét, mint egyetlen atom. Ezek a szupersugárzásnak és szubsugárzásnak nevezett folyamatok, de a mögöttes fizika még mindig kevéssé ismert a kölcsönhatásban lévő kvantumrészecskék nagy száma miatt.

"Képesek voltunk a kvantummechanikai fény-anyag kölcsönhatások megfigyelésére és szabályozására nanoméretben," - mondja Joonhee Choi társszerző, a Caltech korábbi posztdoktori tudósa, aki jelenleg a Stanford Egyetem adjunktusa.

Bár a kutatás elsősorban alapvető, és bővíti a kvantumhatások titokzatos világának megértését, ez a felfedezés egy napon képes kikövezni az utat a hatékonyabb kvantummemóriák felé, amelyekben az információkat erősen összekapcsolt atomok együttesében tárolják. Faraon kvantumtároló létrehozásán is dolgozott több vanádium atom kölcsönhatásának manipulálásával.

"A memóriákon kívül ezek a kísérleti rendszerek fontos betekintést nyújtanak a kvantumszámítógépek közötti jövőbeni kapcsolatok kialakításába," - mondja Manuel Endres, a fizika professzora és a tanulmány társszerzője. (2)

(1) - https://www.nature.com/articles/s41586
(2) - https://www.caltech.edu/about/news/new