Ricercatori dell'Università Aalto, Finlandia, hanno creato un condensato di luce di Bose-Einstein accoppiato con elettroni metallici, i cosiddetti polaritoni plasmonici di superficie. Quasi 100 anni fa, Albert Einstein e Satyendra Nath Bose predissero che la meccanica quantistica potrebbe costringere un gran numero di particelle a comportarsi di concerto come se fossero solo una singola particella. Questa forma di materia è stata chiamata condensazione di Bose-Einstein, e non è stato fino al 1995 che i ricercatori hanno creato il primo tale condensato di un gas di atomi alcalini.

Sebbene le condensazioni di Bose-Einstein siano state osservate in diversi sistemi, i ricercatori stanno spingendo i limiti del fenomeno, a tempi più rapidi, temperature più elevate, e taglie più piccole. Poiché la creazione di questi condensati diventa più facile, si aprono vie più entusiasmanti per nuove applicazioni tecnologiche. Nuove sorgenti luminose, Per esempio, potrebbe essere di dimensioni estremamente ridotte e consentire una rapida elaborazione delle informazioni.

I ricercatori di Aalto hanno creato particelle condensate da miscele di luce ed elettroni in movimento all'interno di nanotubi d'oro disposti in una serie periodica. A differenza della maggior parte dei precedenti condensati di Bose-Einstein sperimentali, il nuovo condensato non ha bisogno di essere raffreddato a temperature prossime allo zero assoluto, perché le particelle sono per lo più leggere, la condensa potrebbe essere indotta a temperatura ambiente.

"L'array di nanoparticelle d'oro è facile da creare con i moderni metodi di nanofabbricazione. Vicino alle nanobarre, la luce può essere focalizzata in piccoli volumi, anche al di sotto della lunghezza d'onda della luce nel vuoto. Queste caratteristiche offrono interessanti prospettive per studi e applicazioni fondamentali del nuovo condensato, ", afferma il professore dell'Accademia Päivi Törmä.

L'ostacolo principale nell'acquisire la prova del nuovo tipo di condensato è che si forma con estrema rapidità." Secondo i nostri calcoli teorici, il condensato si forma in un solo picosecondo, ", afferma il dottorando Antti Moilanen.

"Come potremmo mai verificare l'esistenza di qualcosa che dura solo un trilionesimo di secondo?"

Trasformare la distanza in tempo

Un'idea chiave è stata quella di avviare il processo di condensazione con un calcio in modo che le particelle che formano la condensa iniziassero a muoversi.

"Mentre la condensa prende forma, emetterà luce attraverso l'array di nanobarre d'oro. Osservando la luce, possiamo monitorare come procede la condensazione nel tempo. È così che possiamo trasformare la distanza in tempo, " spiega lo scienziato dello staff Tommi Hakala.

La luce emessa dalla condensa è simile alla luce laser. "Possiamo alterare la distanza tra ogni nanobarra per controllare se si verifica la condensazione di Bose-Einstein o la formazione di luce laser ordinaria. I due sono fenomeni strettamente correlati, ed essere in grado di distinguerli è fondamentale per la ricerca fondamentale. Promettono anche diversi tipi di applicazioni tecnologiche, " spiega il professor Törmä.

Sia la condensazione laser che quella di Bose-Einstein forniscono fasci luminosi, ma le coerenze della luce che offrono hanno proprietà diverse. Queste, a sua volta, influenzare i modi in cui la luce può essere sintonizzata per soddisfare i requisiti di un'applicazione specifica. Il nuovo condensato può produrre impulsi luminosi estremamente brevi e offrire velocità più elevate per l'elaborazione delle informazioni e le applicazioni di imaging. Il professor Törmä dell'Accademia sta già esplorando tali prospettive.