Fenomeni di collettività nella diffusione della luce
Il movimento dei fotoni in una nuvola di gas denso assomiglia alla traiettoria di una piccola palla lanciata in una pista da ballo dalla gente che si muove a tempo di musica. Ma c’è una differenza cruciale: i fotoni sono particelle quantistiche e la diffusione collettiva porta a fenomeni di eccitazione. Per esempio, i fotoni possono essere catturati presso le piccole irregolarità della nube di gas. I ricercatori finanziati dall’UE provenienti da Brasile ed Europa hanno unito le forze per studiare questi fenomeni bombardando i gas atomici con una temperatura circa un milionesimo di grado sopra lo zero assoluto, mediante l’utilizzo di laser. Tali nubi di gas ultra-freddo costituiscono dei sistemi modello ideali, poiché i ricercatori hanno potuto controllare la loro densità, nonché la disposizione degli atomi. La prima linea di ricerca studiata all’interno del progetto COSCALI (Collective scattering of light) è stata incentrata sui gas quantici in cui la luce può essere propagata con super-radianza. Lo scopo era quello di rivelare il ruolo dei fenomeni quantistici la cui collettività migliora con il posizionamento di atomi in una precisa cavità ad anello. In particolare, all’interno di tali reticoli ottici, i fotoni dispersi sono stati riciclati più volte e, di conseguenza, il tempo di interazione tra gli atomi e la luce è stato aumentato. Tali sforzi sono stati motivati dalla prospettiva di attenuare le differenze tra i condensati di Bose-Einstein indipendenti. Questa possibilità può fornire un meccanismo di ricarica per i laser atomici. D’altra parte, le nubi termiche fredde con densità molto elevate preparate mediante una nuova tecnica, costituiscono dei sistemi ideali per sondare gli effetti di interferenza. In particolare, i ricercatori hanno studiato gli effetti di disturbo tra le nubi. Questo lavoro ha offerto preziose intuizioni in quanto all’interazione tra localizzazione della luce negli atomi freddi e super-radianza. Tutti i lavori sperimentali eseguiti nell’ambito del progetto COSCALI hanno trovato un solido supporto teorico. I ricercatori hanno sviluppato una descrizione dettagliata della dinamica relativa a un sistema multi-atomo intrappolato mediante campo laser risonante. Utilizzando tale modello quantistico, è stato possibile studiare la distribuzione di quantità di moto atomico, il verificarsi dell’entanglement e il potenziamento della super-radianza. La combinazione teorica con il lavoro sperimentale ha provocato una migliore comprensione del modo in cui la luce interagisce con una collettività di atomi. In maniera ancora più importante, il progetto COSCALI ha offerto un’occasione unica per una stretta collaborazione tra Brasile ed Europa nella ricerca relativa alla diffusione della luce, promuovendo lo scambio di ricercatori a breve termine.
Parole chiave
Diffusione della luce, densa nube di gas, plasma, super-radianza, condensati di Bose-Einstein, laser atomico
