Atomi dezordonați emit pulsuri de lumină direcționate printr-un mecanism de sincronizare
O echipă de cercetători de la Institutul de Fizică Aplicată al Universității Tehnice din Darmstadt a demonstrat pentru prima dată că atomii complet dezordonați și aflați în mișcare constantă pot emite împreună lumină direcționată preferențial într-o singură direcție, chiar dacă nici atomii, nici mediul lor nu prezintă o direcție preferențială. Mai mult, intensitatea acestei asimetrii poate fi ajustată în mod specific. Rezultatele au fost publicate în revista Physical Review Letters.
În mod normal, atomii emit lumină uniform și independent în toate direcțiile. Pentru a determina atomii să emită lumină într-o direcție specifică, aceștia trebuie fie plasați într-un mediu care stabilește direcția de emisie, fie să poată comunica între ei. Aceasta din urmă poate fi realizată, de exemplu, prin aducerea atomilor foarte aproape unii de alții sau prin cuplarea lor prin elemente optice precum oglinzi sau fibre optice. Cu toate acestea, în ciuda emisiei direcționale de lumină, aceasta are loc tot în direcții opuse. Până acum, generarea de lumină direcțională într-o singură direcție necesita ca atomii să fie fixați în structuri special aranjate care distingeau cele două direcții de la bun început.
În contrast, atomii din experimentul cercetătorilor se mișcă liber și sunt dezordonați, dar emit totuși lumină concentrată, direcțională. Acest lucru este posibil datorită unei fibre cave care conectează toți atomii: prin acest canal comun, atomii se coordonează și construiesc pulsuri scurte și intense de lumină care se propagă preferențial de-a lungul fibrei.
Atomii staționari aflați într-o fibră cavă și care comunică între ei emit pulsuri de lumină în direcții opuse. Totuși, dacă atomii se află în mișcare nedirecționată, această simetrie poate fi ruptă, iar pulsii de lumină vor fi emiși într-o singură direcție.
Până acum, aceste pulsuri călătoreau cu intensitate egală în ambele direcții ale fibrei. Echipa demonstrează, confirmat prin experimente și simulări la RPTU Kaiserslautern-Landau, că acest echilibru poate fi deplasat în mod deliberat prin potrivirea vitezei mișcării atomice cu durata pulsului de emisie. Drept urmare, mai multă lumină este emisă în direcția dorită.
Lucrarea arată că structuri precise și aranjamente ingenioase ale atomilor nu sunt necesare pentru emisia direcțională de lumină: atomii dezordonați aflați în mișcare pot, de asemenea, să emită împreună lumină într-o singură direcție. Descoperirile deschid o nouă cale pentru construirea surselor de lumină direcțională și a componentelor optice.
