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L’arte di domare la luce

Nella fisica moderna, la luce è considerata come la cosa più veloce dell’universo. Albert Einstein teorizzò che la luce non può viaggiare più veloce di 300 milioni di metri al secondo, ma non ha mai detto che non può muoversi più lentamente.
L’arte di domare la luce
Materiali trasparenti come acqua e vetro possono rallentarne leggermente la velocità. Di conseguenza, i raggi di luce vengono piegati, permettendo così ai prismi di produrre spettri e alle lenti di mettere a fuoco le immagini. Utilizzando un effetto vagamente simile ma più potente, i ricercatori che lavorano al progetto SLICA (Stationary light in cold atoms), finanziato dall’UE, hanno prima rallentato e poi fermato la luce in un mezzo di atomi freddi.

La trasparenza elettromagneticamente indotta (EIT) è un fenomeno in cui un materiale che normalmente non trasmette luce può essere reso trasparente per un determinato intervallo di lunghezze d’onda. Grazie all’utilizzo di raggi laser contropropaganti, l’EIT ha fornito ai ricercatori SLICA un potente strumento per controllare la propagazione della luce all’interno di mezzi guidati a livello ottico.

In particolare, questa tecnica ha permesso loro di rallentare la luce e creare impulsi luminosi stazionari (SLP) in un mezzo di atomi freddi. Al contrario del processo di luce memorizzata, dove nessuna luce è presente durante la memorizzazione, gli SLP consentono l’arresto degli impulsi di luce. La prima dimostrazione sperimentale degli SLP è stata realizzata più di un decennio fa all’interno di un gas caldo di atomi di rubidio.

A differenza dei mezzi caldi, tuttavia, la creazione di SLP all’interno di mezzi freddi non è stata semplice. Le coerenze atomiche ad alta frequenza possono avere un effetto negativo sulla trasmissione di luce, che viene naturalmente soppressa nei mezzi caldi. Tuttavia, i risultati dell’analisi dimostrano che questi effetti possono essere sensibilmente soppressi all’interno di un mezzo composto da atomi freddi, riducendo la larghezza della vetrofania EIT al di sotto del tipico effetto Doppler.

Gli scienziati SLICA hanno inoltre dimostrato, per la prima volta, il caricamento efficiente di atomi freddi in una fibra tubolare, ponendo le basi per l’attuazione dell’ottica non lineare a livello di pochi fotoni, mediante SLP. Con un tale sistema, gli atomi e i fotoni sono strettamente confinati alle distanze macroscopiche, dando luogo a un forte accoppiamento tra luce e materia, che coinvolge le non linearità ottiche.

Oltre al loro interesse scientifico fondamentale, gli sforzi del team inerente al progetto sono stati stimolati da applicazioni pratiche degli SLP. Tra le molte applicazioni previste per gli SLP, figura il loro utilizzo per l’elaborazione completamente ottica e lo stoccaggio di informazioni all’interno di computer quantistici, come anche l’impiego nelle comunicazioni in fibra ottica.

I risultati del progetto SLICA non solo hanno spinto i confini della manipolazione relativa alla propagazione della luce basata sull’EIT, hanno anche fornito un anello mancante nel controllo delle informazioni trasportate dalla luce.

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Keywords

SLICA, luce stazionaria, atomi freddi, trasparenza elettromagneticamente indotta, raggi laser