Ważnym aspektem prowadzonych eksperymentów było zjawisko określane mianem nadpromieniowania. Takowe może występować we wnękach optycznych i dotyczyć atomów emitujących światło w sposób kolektywny, na skutek interakcji z fotonami. Dotychczas nie widziano czegoś takiego w wolnej przestrzeni, ponieważ występowały problemy z synchronizacją. Niedawno sytuacja uległa jednak zmianie.
Czytaj też: Zrzucą bomby na wrogów i nic ich nie wykryje. USA zmieni wojnę swoimi bombowcami nowej generacji
Pierwszym krokiem w stronę zrozumienia tego fenomenu okazały się symulacje teoretyczne, dzięki którym naukowcy zidentyfikowali różnice między warunkami prowadzącymi do nadpromieniowania we wnękach i wolnej przestrzeni. O rezultatach przeprowadzonych analiz piszą teraz na łamach PRX Quantum.
Jak wyjaśniają, w odróżnieniu od atomów zlokalizowanych w wolnej przestrzeni, emitujących energię we własnym tempie, te umieszczone we wnęce optycznej wchodzą w interakcje z fotonami odbijającymi się od luster. W takich okolicznościach atomy synchronizują emisje fotonów, co w ostateczności prowadzi do wystąpienia zjawiska nadpromieniowania. W zależności od tego, jak energetyczny jest wykorzystany w takich okolicznościach laser, można uzyskać dwa zgoła odmienne rezultaty.
Opracowane eksperymenty miały na celu określenie, jak kolektywna synchronizacja fotonów zachodzi we wnęce optycznej, a jak na otwartej przestrzeni
Przy niezbyt wysokiej energii układ zmierza ku stabilizacji i skończonego poziomu wzbudzenia. Ale kiedy energia jest zbyt wysoka, to atomy emitują i pochłaniają fotony, samemu nie osiągając stabilizacji. W ramach ostatnich badań ich autorzy dowiedli, że atomy pozostające w wolnej przestrzeni mogą jedynie częściowo synchronizować swoją emisję.
Sanaa Agarwal stanęła na czele badań. Jej zespół wie, iż układ wnękowy można precyzyjnie dostroić, lecz w przypadku wolnej przestrzeni taka możliwość nie występuje. Mając tego świadomość naukowcy zorganizowali obserwacje oraz eksperymenty, w ramach których każdy atom był traktowany jako dipol. Jego zadaniem było pochłanianie i emitowane fotonów, a w międzyczasie zmieniane były parametry, co miało na celu określenie, jak te zmienne wpłyną na zachowanie całego układu.
Czytaj też: Największy na świecie generator zasilany czystym wodorem już działa
Ostatecznie członkowie zespołu badawczego doszli do wniosku, że przy odpowiednio wysokiej mocy lasera kolektywna synchronizacja prowadząca do zjawiska nadpromieniowania we wnęce wywoływała jego zanik w wolnej przestrzeni. W takich okolicznościach atomy zachowywały się raczej jak niezależne emitery aniżeli zsynchronizowana grupa. Jak zapowiadają sami zainteresowani, będą teraz szukać sposobów na udoskonalenie wykonanych obliczeń i przygotowanie się na kolejne pomiary, które mogą zdradzić jeszcze więcej sekretów.