ผลที่สังเกตได้ใหม่ทำให้อะตอมโปร่งใสต่อแสงบางช่วงความถี่

ปรากฏการณ์ที่เพิ่งค้นพบที่เรียกว่า “ความโปร่งใสที่เหนี่ยวนำโดยรวม” (CIT) ทำให้กลุ่มของอะตอมหยุดสะท้อนแสงที่ความถี่เฉพาะอย่างกะทันหัน

CIT ถูกค้นพบโดยการกักขังอะตอมของอิตเทอร์เบียมไว้ใน ช่องแสงโดยพื้นฐานแล้วเป็นกล่องเล็ก ๆ สำหรับแสงและระเบิดด้วยเลเซอร์ แม้ว่าแสงเลเซอร์จะกระเด็นออกจากอะตอมจนถึงจุดหนึ่ง แต่เมื่อปรับความถี่ของแสงแล้ว หน้าต่างโปร่งใสจะปรากฏขึ้นซึ่งแสงจะผ่านเข้าไปในช่องโดยไม่มีสิ่งกีดขวาง

Andrei Faraon (BS ’04) จาก Caltech, William L. Valentine ศาสตราจารย์ด้านฟิสิกส์ประยุกต์และวิศวกรรมไฟฟ้ากล่าวว่า “เราไม่เคยรู้มาก่อนว่าหน้าต่างโปร่งใสนี้มีอยู่จริง” และผู้ร่วมเขียนรายงานเกี่ยวกับการค้นพบที่เผยแพร่เมื่อวันที่ 26 เมษายนใน วารสาร ธรรมชาติ. “การวิจัยของเรากลายเป็นการเดินทางเพื่อค้นหาสาเหตุเป็นหลัก”

การวิเคราะห์หน้าต่างความโปร่งใสชี้ว่าเป็นผลมาจากปฏิสัมพันธ์ในช่องระหว่างกลุ่มของอะตอมและแสง ปรากฏการณ์นี้คล้ายกับ การรบกวนแบบทำลายล้างซึ่งคลื่นจากสองแหล่งขึ้นไปสามารถหักล้างกันเองได้ กลุ่มของอะตอมดูดซับและเปล่งแสงออกมาอย่างต่อเนื่อง ซึ่งโดยทั่วไปจะส่งผลให้เกิดการสะท้อนของแสงเลเซอร์ อย่างไรก็ตาม ที่ความถี่ CIT มีความสมดุลที่สร้างขึ้นโดยแสงที่เปล่งออกมาใหม่จากแต่ละอะตอมในกลุ่ม ส่งผลให้การสะท้อนแสงลดลง

Mi Lei ผู้เขียนร่วมซึ่งเป็นนักศึกษาระดับบัณฑิตศึกษาของ Caltech กล่าวว่า “การรวมตัวของอะตอมที่จับคู่อย่างมากกับสนามแสงเดียวกันสามารถนำไปสู่ผลลัพธ์ที่ไม่คาดคิดได้

ตัวสะท้อนแสงซึ่งวัดความยาวเพียง 20 ไมครอนและมีคุณสมบัติที่เล็กกว่า 1 ไมครอน ถูกประดิษฐ์ขึ้นที่สถาบัน Kavli Nanoscience ที่ Caltech

“ด้วยเทคนิคการวัดควอนตัมออปติคแบบธรรมดา เราพบว่าระบบของเราได้เข้าสู่ระบอบการปกครองที่ยังไม่ได้สำรวจ ซึ่งเผยให้เห็นฟิสิกส์ใหม่” นักศึกษาระดับบัณฑิตศึกษา Rikuto Fukumori ผู้เขียนร่วมของรายงานกล่าว

นอกจาก ความโปร่งใส ปรากฏการณ์นักวิจัยยังสังเกตว่ากลุ่มอะตอมสามารถดูดซับและเปล่งแสงจากเลเซอร์ได้เร็วกว่าหรือช้ากว่ามากเมื่อเทียบกับอะตอมเดี่ยวขึ้นอยู่กับความเข้มของเลเซอร์ กระบวนการเหล่านี้เรียกว่า superradiance และ subradiance และฟิสิกส์พื้นฐานยังไม่เป็นที่เข้าใจเนื่องจากมีปฏิสัมพันธ์จำนวนมาก อนุภาคควอนตัม.

“เราสามารถตรวจสอบและควบคุมปฏิสัมพันธ์ของแสงเชิงกลเชิงควอนตัมกับสสารในระดับนาโนได้” Joonhee Choi ผู้เขียนร่วมที่สอดคล้องกัน ซึ่งเป็นอดีตนักวิชาการหลังปริญญาเอกที่ Caltech ซึ่งปัจจุบันเป็นผู้ช่วยศาสตราจารย์ที่มหาวิทยาลัยสแตนฟอร์ดกล่าว

แม้ว่าการวิจัยจะเป็นพื้นฐานหลักและขยายความเข้าใจของเราเกี่ยวกับโลกลึกลับของเอฟเฟกต์ควอนตัม แต่การค้นพบนี้มีศักยภาพที่วันหนึ่งจะช่วยปูทางไปสู่ความทรงจำควอนตัมที่มีประสิทธิภาพมากขึ้น ซึ่งข้อมูลจะถูกจัดเก็บไว้ในชุดของอะตอมที่อยู่คู่กันอย่างแน่นหนา Faraon ยังทำงานเกี่ยวกับการสร้างที่เก็บข้อมูลควอนตัมโดยจัดการปฏิสัมพันธ์ของอะตอมวาเนเดียมหลายตัว

Manuel Endres ศาสตราจารย์ด้านฟิสิกส์และ Rosenberg Scholar ซึ่งเป็นผู้ร่วมเขียนรายงานกล่าวว่า “นอกจากความทรงจำแล้ว ระบบการทดลองเหล่านี้ยังให้ข้อมูลเชิงลึกที่สำคัญเกี่ยวกับการพัฒนาการเชื่อมต่อในอนาคตระหว่างคอมพิวเตอร์ควอนตัม”