Yeni gözlemlenen etki, atomları belirli ışık frekanslarına karşı şeffaf hale getiriyor

Kolektif olarak indüklenen şeffaflık (CIT) adı verilen yeni keşfedilen bir fenomen, atom gruplarının belirli frekanslarda ışığı yansıtmayı aniden durdurmasına neden olur.

CIT, iterbiyum atomlarını bir fotokavite – esasen küçük bir ışık kutusu – içine hapsederek ve onları bir lazerle patlatarak keşfedildi. Lazer ışığı atomlardan bir noktaya kadar yansıyacak olsa da, ışığın frekansı ayarlandığında, ışığın boşluktan engellenmeden geçtiği şeffaf bir pencere görünür.

California Teknoloji Enstitüsü’nden (BS ’04) Andrei Faraon (BS ’04), Uygulamalı Fizik ve Elektrik Mühendisliği Profesörü William L. Valentine ve 26 Nisan’da dergide yayınlanan keşifle ilgili bir makalenin ortak yazarı doğa. “Araştırmamız öncelikle nedenini bulmak için bir yolculuk haline geldi.”

Pencere şeffaflığının analizi, bunun atom grupları ve ışık arasındaki boşluktaki etkileşimlerin sonucu olduğunu gösterir. Bu fenomen, iki veya daha fazla kaynaktan gelen dalgaların birbirini yok edebildiği yıkıcı girişime benzer. Atom kümeleri sürekli olarak ışığı emer ve yeniden yayar, bu da genellikle lazer ışığının yansımasıyla sonuçlanır. Bununla birlikte, CIT frekansında, bir topluluktaki her bir atomdan yeniden yayılan ışığın neden olduğu bir denge vardır ve bu da yansımada bir azalmaya yol açar.

Caltech’te yüksek lisans öğrencisi olan yardımcı yazar Mei Li, “Aynı optik alana güçlü bir şekilde bağlanmış bir atom grubu beklenmedik sonuçlara yol açabilir” diyor.

Yalnızca 20 μm uzunluğunda olan ve 1 μm’den küçük özellikler içeren optik rezonatör, Caltech’teki Kavli Nanobilim Enstitüsü’nde üretildi.

Makalenin baş yazarı yüksek lisans öğrencisi Rikuto Fukumori, “Geleneksel kuantum optik ölçüm teknikleri sayesinde, sistemimizin keşfedilmemiş bir rejime ulaştığını ve yeni fiziği ortaya çıkardığını bulduk” diyor.

Araştırmacılar, şeffaflık fenomeninin yanı sıra, bir grup atomun, lazerin yoğunluğuna bağlı olarak tek bir atoma kıyasla çok daha hızlı veya çok daha yavaş bir lazer ışığını emip yayabildiğini de belirtiyorlar. Süperradyasyon ve yitim olarak adlandırılan bu süreçler ve bunların altında yatan fizik, çok sayıda etkileşen kuantum parçacığı nedeniyle hala tam olarak anlaşılamamıştır.

Caltech’te eski bir doktora sonrası araştırmacı ve şimdi Stanford’da yardımcı doçent olan ortak yazar Joonhee Choi, “Işık ve madde arasındaki kuantum mekanik etkileşimlerini bir nano ölçekte gözlemleyebildik ve kontrol edebildik” diyor.

Araştırma esas olarak temel olmasına ve kuantum etkilerinin gizemli dünyasına ilişkin anlayışımızı genişletmesine rağmen, bu keşfin bir gün bilgilerin yüksek oranda eşleşmiş atomlardan oluşan bir dizide depolandığı daha verimli kuantum belleklerin önünü açmaya yardımcı olma potansiyeli var. Farron ayrıca çoklu vanadyum atomlarının etkileşimlerini manipüle ederek kuantum depolama oluşturmak için çalıştı.

Fizik Profesörü Manuel Endres ve araştırmanın ortak yazarlarından Rosenberg Scholar, “Hatıraların yanı sıra, bu deneysel sistemler kuantum bilgisayarları arasındaki gelecekteki iletişimin gelişimine ilişkin önemli bilgiler sağlıyor” diyor.