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Colectividad en la dispersión de la luz

¿Cómo se dispersan los fotones cuando atraviesan una nube de gas denso como las que se observan en el interior del Sol? Un grupo de investigadores financiado por la Unión Europea estudió el comportamiento colectivo de partículas de luz en nubes de átomos generadas artificialmente con el fin de hallar la respuesta.
Colectividad en la dispersión de la luz
El movimiento de los fotones en una nube de gas denso es parecido al de la trayectoria de una bolita que rebotase por una pista de baile al chocar con la gente que baila al son de la música. Pero existe una diferencia esencial: los fotones son partículas cuánticas y la dispersión colectiva da lugar a fenómenos fascinantes. Por ejemplo, los fotones pueden quedar atrapados en pequeñas irregularidades de la nube de gas.

Un grupo de investigadores de Brasil y Europa financiado por la Unión Europea unió fuerzas para investigar estos fenómenos bombardeando gases atómicos, cuya temperatura era aproximadamente una millonésima parte de un grado por encima del cero absoluto, con láseres. Estas nubes de gas ultra frías eran sistemas de modelización ideales porque los investigadores podían controlar la densidad, así como la organización de los átomos.

La primera línea de investigación estudiada en el proyecto COSCALI (Collective scattering of light) se centró en los gases cuánticos en los cuales la luz se puede dispersar de una forma parecida a la súper radiancia. El objetivo era revelar el papel que desempeñan los fenómenos cuánticos cuya colectividad se potencia colocando los átomos en una cavidad anular de gran precisión.

En particular, dentro de estas redes ópticas, los fotones dispersados se reciclaban muchas veces y, en consecuencia, aumentaba el tiempo de interacción entre los átomos y la luz. La perspectiva de amortiguar las diferencias entre condensados de Bose-Einstein independientes motivó estos esfuerzos. Esta posibilidad puede proporcionar un mecanismo de recarga de láseres atómicos.

Por otra parte, las nubes térmicas frías con muy alta densidad que se prepararon mediante una nueva técnica fueron idóneas para probar efectos de interferencia. En particular, los investigadores estudiaron los efectos del desorden en las nubes, trabajo que ofreció información valiosa sobre la interrelación entre la localización de la luz en átomos fríos y la súper radiancia.

Todo el trabajo experimental que se llevó a cabo en el proyecto COSCALI tenía un apoyo teórico sólido. Los investigadores desarrollaron una descripción detallada de la dinámica de un sistema de varios átomos atrapado en un campo láser resonante y, con este modelo cuántico, estudiaron la distribución de momento atómico, la aparición de entrelazamiento y el fomento de la súper radiancia.

La combinación del trabajo teórico y experimental dio lugar a un mejor conocimiento de cómo interactúa la luz con un colectivo de átomos. Lo que es más importante, el proyecto COSCALI proporcionó una oportunidad única de cooperación codo con codo entre Brasil y Europa en la investigación sobre la dispersión de la luz promoviendo el intercambio de investigadores a corto plazo.

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Palabras clave

Dispersión de la luz, nube de gas densa, plasma, súper radiancia, condensados de Bose-Einstein, láser atómico
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