Cercetătorii vor să creeze „lumina cuantică”

Cercetătorii au teoretizat un nou mecanism pentru a genera „lumina cuantică” de înaltă energie, care ar putea fi folosită pentru a investiga noi proprietăți ale materiei la scară atomică.

Cercetătorii de la Universitatea din Cambridge, din Anglia, împreună cu colegi din SUA, Israel și Austria, au dezvoltat o teorie care descrie o nouă stare a luminii, care are proprietăți cuantice controlabile pe o gamă largă de frecvențe, până la frecvențe de raze X.

• Telescopul Webb a găsit o populație neobișnuit de mare de asteroizi între Jupiter și Marte
• Un nou studiu dezvăluie cum au jucat cometele un rol „major” în apariția vieții pe Pământ

Rezultatele lor sunt publicate în revista Nature Physics.

Cu ce este diferită lumina cuantică față de lumina clasică?

Lumea pe care o observăm în jurul nostru poate fi descrisă după legile fizicii clasice, dar odată ce observăm lucrurile la scară atomică, lumea ciudată a fizicii cuantice preia controlul. Imaginați-vă o minge de baschet: observând-o cu ochiul liber, mingea de baschet se comportă conform legilor fizicii clasice. Dar atomii care alcătuiesc mingea de baschet se comportă în schimb conform fizicii cuantice.

„Lumina nu face excepție: totul, de la lumina soarelui la undele radio, poate fi descris în cea mai mare parte folosind fizica clasică”, a spus dr. Andrea Pizzi, autor principal al studiului, care a efectuat cercetarea în timp ce se afla la Laboratorul Cavendish din cadrul Universității Cambridge.

„Dar la scară micro și nanometrică, încep să fie implicate așa-numitele fluctuații cuantice, pe care fizica clasică nu le poate explica”, a spus el.

Cum ar putea fi creată lumina cuantică?

Pizzi, care se află în prezent la Universitatea Harvard, a lucrat cu grupul lui Ido Kaminer, de la Institutul de Tehnologie Technion-Israel, și cu colegii de la MIT, SUA, și de la Universitatea din Viena, Austria, pentru a dezvolta o teorie care prezice o nouă modalitate de a controla lumina cuantică.

„Fluctuațiile cuantice fac această lumină cuantică să fie mai greu de studiat, dar și mai interesantă: dacă sunt proiectate corect, fluctuațiile cuantice pot fi o resursă. Controlul stării luminii cuantice ar putea permite noi tehnici în microscopie și calcul cuantic”, a spus Pizzi.

Una dintre tehnicile principale de generare a luminii folosește lasere puternice. Atunci când un laser suficient de puternic este îndreptat către o colecție de emițători, poate smulge niște electroni de la emițători și îi poate energiza.

În cele din urmă, unii dintre acești electroni se recombină cu emițătorii din care au fost extrași, iar excesul de energie pe care l-au absorbit este eliberat sub formă de lumină. Acest proces transformă lumina de intrare de joasă frecvență într-o radiație de ieșire de înaltă frecvență, scrie Phys.org.

Ecuații complicate

„S-a presupus că toți acești emițători sunt independenți unul de celălalt, rezultând o lumină de ieșire în care fluctuațiile cuantice sunt destul de lipsite de caracteristici”, a spus Pizzi.

„Am vrut să studiem un sistem în care emițătorii nu sunt independenți, ci corelați: starea unei particule vă spune ceva despre starea alteia. În acest caz, lumina de ieșire începe să se comporte foarte diferit, iar fluctuațiile sale cuantice devin foarte structurate și posibil mai utile”, a continuat el.

Pentru a rezolva acest tip de problemă, cunoscută drept problema celor N corpuri, cercetătorii au folosit o combinație de analiză teoretică și simulări pe computer, în care lumina de ieșire de la un grup de emițători corelați ar putea fi descrisă folosind fizica cuantică.

Teoria, a cărei dezvoltare a fost condusă de Pizzi și Alexey Gorlach, de la Technion, demonstrează că lumina cuantică controlabilă poate fi generată de emițători corelați folosind un laser puternic. Metoda generează lumină de ieșire de înaltă energie și ar putea fi utilizată pentru a proiecta structura cuantică-optică a razelor X.

Cercetătorii își doresc să conducă experimente cu această lumină

„Am lucrat luni de zile pentru a obține ecuații din ce în ce mai curate, până am ajuns în punctul în care am putut descrie legătura dintre lumina de ieșire și corelațiile de intrare cu o singură ecuație compactă. Ca fizician, mi se pare frumos”, a spus. Pizzi.

„Cu privire la viitor, ne-am dori să colaborăm cu specialiști în experimente pentru a oferi o validare a predicțiilor noastre. În ceea ce privește teoria, munca noastră sugerează sistemele cu mai multe corpuri ca resursă pentru generarea luminii cuantice, un concept pe care dorim să-l investigăm mai pe larg, dincolo de configurația luată în considerare în această lucrare”, a conchis el.

Vă recomandăm să citiți și:

Cercetătorii au creat echipamentul virulicid pentru pompieri și soldați

Telescopul Webb a descoperit cea mai rece gheață din Universul cunoscut

O nouă descoperire ne aduce mai aproape de călătoria interstelară

Cu un pas mai aproape de baterii reciclabile pentru telefoanele mobile. Ce au descoperit cercetătorii?