Zbiorowość w rozpraszaniu światła
Ruch fotonów w gęstej chmurze gazu przypomina ruch małych kulek rozrzucanych na podłodze przez tańczących ludzi. Jest jednak pewna zasadnicza różnica: fotony są cząstkami kwantowymi, a ich zbiorcze rozpraszanie powoduje powstawanie niezwykłych zjawisk. Na przykład, fotony w obłoku gazowym można przyłapać na pewnych niewielkich nieregularnościach. Finansowany ze środków UE zespół naukowców z Brazylii i Europy badał te zjawiska, bombardując laserami gazy atomowe o temperaturze około jednej milionowej stopnia powyżej zera absolutnego. Takie obłoki ultrazimnego gazu są idealnymi systemami modelowymi, dającymi uczonym możliwość kontrolowania gęstości i uporządkowania atomów. Pierwszy z aspektów badanych w projekcie COSCALI (Collective scattering of light) dotyczył gazów kwantowych, w których światło może być rozpraszane w sposób przypominający superradiancję. Celem tych prac było poznanie roli zjawisk kwantowych, których kolektywność ulega wzmocnieniu po umieszczeniu atomów w wysoce finezyjnej wnęce pierścieniowej. W takich sieciach optycznych rozpraszane fotony były wielokrotnie wykorzystywane, dzięki czemu wydłużono czas oddziaływania między atomami i światłem. Celem tych prac było wytłumienie różnic między niezależnymi kondensatami Bosego-Einsteina. Pozwoliłoby ono na uzyskanie mechanizmu ponownego napełnienia dla laserów atomowych. Z drugiej strony, zimne obłoki o bardzo dużej gęstości, przygotowane przy użyciu nowej techniki, były idealnymi systemami do badania efektów interferencji. Uczeni badali w szczególności efekty nieuporządkowania w obłokach. Prace te dostarczyły cennych informacji na temat zależności między lokalizacją światła w zimnych atomach a superradiancją. Wszystkie prace eksperymentalne przeprowadzone w ramach projektu COSCALI oparte były na solidnych podstawach teoretycznych. Uczeni przygotowali szczegółowy opis dynamiki wieloatomowego systemu schwytanego przez rezonansowe pole laserowe. Przy pomocy tego modelu kwantowego badano rozkład momentu atomów, występowanie splątania oraz wzmocnienie superradiancji. Połączenie prac teoretycznych i eksperymentalnych pozwoliło na dokładniejsze zbadanie oddziaływania światła ze skupiskami atomów. Co jeszcze ważniejsze, projekt COSCALI był okazją do zacieśnienia współpracy między Brazylią i Europą w zakresie badań nad rozpraszaniem światła, dzięki wsparciu krótkoterminowej wymiany naukowej.
Słowa kluczowe
Rozpraszanie światła, gęsta chmura gazu, plazma, superradiancja, kondensaty Bosego-Einsteina, laser atomowy
