Scoperta la fisica delle Spade Laser
Su Nature, il 25 settembre, è apparso un articolo che parla di come un gruppo diretto dai due professori di fisica Mikhail Lukin (Harvard University) e Vladan Vuletic (MIT) sia riuscito ad ottenere una “molecola” composta da due fotoni.
“La maggior parte delle proprietà che conosciamo sulla luce hanno origine dal fatto che i fotoni sono senza massa, e non interagiscono tra loro” dice Lukin.
Quello che il gruppo di ricerca ha fatto, però, è stato mettere i fotoni in un ambiente in cui interagiscono con così tanta forza da cominciare a comportarsi come se avessero massa.
Hanno però notato che i due fotoni si sono legati, formando qualcosa di molto simile ad una molecola.
Shine two laser beams at each other and they simply pass through one another. – Mikhail Lukin
L’esperimento
Per riprodurre l’esperimento i ricercatori hanno pompato in una camera completamente vuota degli atomi di rubidio.
Hanno poi utilizzato dei laser per raffreddare gli atomi fino ad arrivare ad una temperatura di appena pochi gradi sopra lo zero assoluto.
Infine hanno usato un laser intermittente a bassissima forza per sparare singoli fotoni nel rubidio.
I fotoni, uscendo dalla nuvola di atomi, hanno mantenuto la loro identità, esattamente come succede con la rifrazione in un bicchiere d’acqua.
Al contrario dell’esempio con l’acqua, però, gli atomi ne uscivano molto rallentati, data l’energia persa durante la rifrazione.
Infine hanno provato a sparare una coppia di fotoni nella nuvola.
Il risultato
Per il blocco di Rydberg (Se un atomo è eccitato gli atomi vicini non possono essere eccitati allo stesso modo), quando i fotoni entrano nella nuvola di atomi il primo fotone eccita un atomo, ma deve muoversi in avanti prima che il secondo fotone possa eccitare gli atomi vicini.
Ne consegue che i due fotoni si attraggono e respingono reciprocamente attraverso la nuvola mentre rilasciano energia ad ogni atomo a cui si avvicinano.
Citando Lukin:
È un’interazione fotonica mediata dall’interazione atomica. Questo fa agire i fotoni come se fossero una molecola, e quando escono dal mediatore sono molto più propensi a farlo insieme che come singoli fotoni.
Lukin spiega inoltre che i fotoni legati si comportano in tutto e per tutto come molecole, attraendosi e respingendosi a vicenda.
In poche parole, divengono
“luce solida”.
Nel mondo “reale”
Il ricercatore afferma che questa molecola può trasportare informazioni quantistiche esattamente come i fotoni “slegati”, senza il problema della non-interazione reciproca tra fotoni singoli.
Questo ci porta ai computer quantistici, che hanno bisogno di interazione tra i quanti per poter processare le informazioni.
Purtroppo però c’è ancora molta strada da fare, dato che il sistema deve essere migliorato e perfezionato per renderlo effettivamente utile.
Infine Lukin afferma che un giorno potrebbe essere possibile creare forme tridimensionali completamente fatte di luce.
Considerazioni finali
Finalmente un giorno, anche noi, potremo affettare le braccia degli ignari passanti o ai Darth Vader presenti ai Comic-Con con la nostra spada di Obi Wan.
O affettare e tostare contemporaneamente il pane. Intanto dovremo accontentarci dei computer quantistici.
- Scientists create never-before-seen form of matter (phys.org)
- Attractive photons in a quantum nonlinear medium (nature.com)
