Una semplice goccia di olio d'oliva in un sistema di fotoni che rimbalza tra due specchi ha rivelato aspetti universali delle transizioni di fase in fisica. I ricercatori di AMOLF hanno utilizzato una cavità ottica piena d'olio in cui la luce subisce transizioni di fase simili a quelle dell'acqua bollente. Il sistema che hanno studiato ha memoria perché l'olio fa interagire i fotoni con se stessi. Variando la distanza tra i due specchi e misurando la trasmissione della luce attraverso la cavità, hanno scoperto una legge universale che descrive le transizioni di fase nei sistemi con memoria. Questi risultati sono pubblicati il ​​15 aprile in Lettere di revisione fisica .

Il gruppo di ricerca Interacting Photons di AMOLF studia la non linearità e il rumore nei sistemi fotonici. Uno di questi sistemi è una cavità, formato da due specchi che si fronteggiano a distanza ravvicinata. All'interno della cavità, la luce rimbalza avanti e indietro mentre viene riflessa dagli specchi. Mettere qualcosa all'interno di una tale cavità ottica, modifica le proprietà del sistema. "Abbiamo creato un sistema con la memoria inserendo una goccia di olio d'oliva all'interno della cavità, " dice il leader del gruppo Said Rodriguez. "Il petrolio media interazioni fotone-fotone efficaci, che possiamo vedere misurando la trasmissione della luce laser attraverso questa cavità."

Velocità di scansione

Rodriguez e il suo dottorato di ricerca. gli studenti Zou Geng e Kevin Peters hanno analizzato la trasmissione aumentando e diminuendo la distanza tra i due specchi a velocità diverse. Hanno scoperto che la quantità di luce trasmessa attraverso la cavità dipende dalla direzione di movimento degli specchi. "La trasmissione della luce attraverso la cavità non è lineare. Ad una certa distanza tra gli specchi, la quantità di luce trasmessa dipende dal fatto che stiamo aprendo o chiudendo la cavità, " spiega Rodriguez. "Questo comportamento si chiama isteresi. Si osserva anche in alcune transizioni di fase, come nell'acqua bollente o nei materiali magnetici."

universale

Però, nella cavità con olio d'oliva, l'isteresi non è sempre presente, i ricercatori hanno osservato quando hanno aumentato la velocità con cui la cavità si apre e si chiude. Rodriguez:"Nelle scansioni più veloci, abbiamo visto svanire l'isteresi in funzione della velocità di scansione. Questo accade a un tasso universale, indipendente da parametri come l'intensità della luce o la forza della non linearità. Le equazioni che descrivono come si comporta la luce nella nostra cavità piena d'olio sono simili a quelle che descrivono le raccolte di atomi, superconduttori e persino fisica delle alte energie. Perciò, è probabile che il comportamento universale che abbiamo scoperto venga osservato anche in tali sistemi".

Cavità di accoppiamento

Mentre sarebbe interessante studiare il comportamento di scala universale in altri sistemi con memoria, Rodriguez manterrà la sua attenzione sulle cavità piene di olio. "Il nostro sistema ha una forte non linearità ottica a temperatura ambiente, che offre opportunità per potenziali applicazioni, ", dice. "Stiamo attualmente indagando su cosa succede quando accoppiamo due o più cavità. Poiché ogni sistema ha memoria, una serie di cavità potrebbe eventualmente essere utile come strumento di calcolo, o forse anche nelle applicazioni di rilevamento."