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    Gli scienziati creano un anti-laser per un condensato di atomi ultrafreddi

    Antilaser per condensa Bose-Einstein. Credito:Università ITMO

    Un team internazionale di scienziati ha sviluppato il primo anti-laser al mondo per un condensato di Bose-Einstein non lineare di atomi ultrafreddi. Per la prima volta, gli scienziati hanno dimostrato che è possibile assorbire completamente il segnale selezionato, anche se il sistema non lineare rende difficile prevedere il comportamento delle onde. I risultati possono essere utilizzati per manipolare flussi di superfluidi, creare laser atomici, e studiare anche sistemi ottici non lineari. Lo studio è stato pubblicato su Progressi scientifici.

    Il successo del trasferimento delle informazioni richiede la capacità di estinguere completamente un segnale elettromagnetico selezionato senza alcuna riflessione. Questo potrebbe accadere solo quando i parametri delle onde elettromagnetiche e il sistema che le circonda sono coerenti tra loro. I dispositivi che forniscono un perfetto assorbimento coerente di un'onda con determinati parametri sono chiamati anti-laser. Sono stati utilizzati per diversi anni in ottica, Per esempio, per creare filtri o sensori di alta precisione. Il lavoro degli antilaser standard si basa sull'interferenza distruttiva delle onde incidenti sull'assorbitore. Se i parametri delle onde incidenti sono abbinati in un certo modo, quindi la loro interazione porta ad un perfetto assorbimento con riflessione zero.

    Però, fino ad ora, non era chiaro se tale assorbimento fosse possibile in sistemi non lineari, come una fibra ottica che trasmette un segnale ad alta intensità in un forte campo elettromagnetico esterno. Il problema è che è molto più difficile descrivere l'interazione delle onde incidenti che si propagano nel mezzo non lineare. Allo stesso tempo, i sistemi non lineari possono controllare la frequenza e la forma delle onde senza perdita di energia. Questo può essere utile per la distinzione del segnale nei computer ottici. Però, il problema è che i sistemi non lineari spesso si rivelano instabili, e prevedere il loro comportamento può essere difficile.

    Scienziati dalla Russia, Germania e Portogallo sono i primi a costruire un anti-laser per le onde che si propagano in un mezzo non lineare. Nei loro esperimenti, gli scienziati hanno utilizzato un condensato di Bose-Einstein di atomi ultrafreddi. Un condensato di Bose-Einstein è uno stato particolare della materia osservato quando il gas atomico viene raffreddato fino allo zero quasi assoluto. In queste condizioni, un gas contenente circa 50, 000 atomi si condensano. Ciò significa che tutti gli atomi formano una nuvola coerente che supporta la propagazione delle onde di materia. Forti interazioni repulsive tra gli atomi condensati inducono proprietà non lineari nel sistema. Per esempio, l'interazione delle onde cessa di obbedire alle leggi dell'interferenza lineare.

    Per raccogliere la condensa, gli scienziati hanno utilizzato una trappola ottica periodica formata dall'intersezione di due raggi laser. Un fascio di elettroni focalizzato applicato alla cella centrale del reticolo fa fuoriuscire gli atomi da questa cella. Gli atomi delle celle vicine vanno alla cella centrale, cercando di recuperare la perdita. Di conseguenza, nel condensato si formano due flussi di materia superfluida diretti verso il centro. Una volta che i flussi si incontrano nella cella centrale, vengono assorbiti perfettamente, senza riflessione.

    "Le leggi che descrivono la propagazione delle onde in vari media sono universali. Pertanto, la nostra idea può essere adattata per implementare un anti-laser in altri sistemi non lineari. Per esempio, in guide d'onda ottiche non lineari o in condensati di quasiparticelle, come polaritoni ed eccitoni. Questo concetto può essere utilizzato anche quando si lavora con onde acustiche non lineari. Per esempio, puoi costruire un dispositivo che assorbirà i suoni di una certa frequenza. Sebbene tali dispositivi potrebbero non essere realizzati a breve, abbiamo dimostrato che sono possibili, " osserva il ricercatore Dmitry Zezyulin, membro del Laboratorio Internazionale di Fotoprocessi nei Sistemi Mesoscopici dell'Università ITMO.

    Gli scienziati attualmente prevedono di passare a sistemi ottici non lineari, in cui gli atomi vengono sostituiti con fotoni. "fotoni, a differenza degli atomi, sono difficili da mantenere a lungo nel sistema. Però, in questo progetto, i miei colleghi sono riusciti a far comportare un sistema atomico non lineare come se fosse costituito da fotoni. Allo stesso tempo, sono riusciti a realizzare un assorbimento ideale in tali condizioni. Ciò significa che questi processi sono possibili anche in sistemi fotonici non lineari, "dice Ivan Iorsh, il capo del Laboratorio Internazionale di Fotoprocessi nei Sistemi Mesoscopici presso l'Università ITMO.

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