I ricercatori hanno creato un condensato di Bose-Einstein a velocità record, creando l'affascinante fase della materia in circa 100 femtosecondi. Per avere un'idea di quanto sia veloce, cento femtosecondi rispetto a un secondo è proporzionalmente uguale a un giorno rispetto all'età dell'universo. Il progetto è stato il risultato di una collaborazione tra l'Università Aalto e l'Università della Finlandia orientale.

La condensazione di Bose-Einstein è un fenomeno quantistico in cui un gran numero di particelle inizia a comportarsi come se fossero una. Albert Einstein e Satyendra Nath Bose predissero questo affascinante comportamento all'inizio del secolo scorso. Molti sistemi diversi, come gas di atomi alcalini o semiconduttori accoppiati alla luce, sono stati utilizzati per osservare questi condensati. Nessuno di loro nasce, però, veloce quanto il condensato di Bose-Einstein dei ricercatori finlandesi.

I condensati di Bose-Einstein composti da luce sono simili ai laser e particolarmente promettenti per le tecnologie dell'informazione e quantistiche. Il trasferimento di informazioni di Internet oggi si basa sull'alta velocità della luce. In linea di principio, la luce può essere utilizzata anche per fornire un'elaborazione ultraveloce a basso consumo energetico, ma per raggiungere questo obiettivo è necessario superare i limiti di ciò che sappiamo sull'interazione della luce con la materia.

Nel nostro mondo di tutti i giorni, molecole d'acqua di aria umida si condensano sulla superficie di una lattina di birra fredda. Allo stesso modo, nel mondo quantistico, le particelle devono trovare un modo per perdere la loro energia per condensare allo stato energetico più basso possibile. Questo processo richiede in genere tempo da migliaia di secondi a trilionesimi di secondo. Come è stato possibile formare una condensa ancora più velocemente?

"Dopo aver analizzato attentamente i nostri dati di misurazione, ci siamo resi conto che il rilassamento energetico nel nostro sistema è un processo altamente stimolato. Ciò significa che l'interazione effettiva dei fotoni, che porta alla condensa, accelera all'aumentare del numero di fotoni. Tale fenomeno è la chiave per l'accelerazione, " spiega Aaro Väkeväinen che ha completato il suo dottorato di ricerca con questi risultati. Un'altra sfida era dimostrare che la condensazione avviene effettivamente a velocità record, poiché anche le fotocamere da laboratorio avanzate non raggiungono tale risoluzione temporale. "Quando abbiamo pompato energia nelle molecole in 50 femtosecondi, la condensa è stata osservata. Ma con un impulso della pompa di 300 femtosecondi non l'abbiamo visto, che indicava che la condensazione doveva essere innescata ancora più velocemente, ", afferma il dottorando Antti Moilanen.

"Questo condensato produce un raggio di luce coerente che è 100.000 volte più luminoso del primo condensato di polaritoni plasmonici di superficie che abbiamo osservato in un array di nanobarre metalliche due anni fa, " commenta il professor Päivi Törmä dell'Accademia. Il gran numero di fotoni nel raggio consente una chiara osservazione della distribuzione dei fotoni a diverse energie che è stata prevista da Bose ed Einstein, come mostrato in figura. "La luminosità del fascio rende più facile esplorare nuove aree di ricerca e applicazioni fondamentali con questi condensati, " continua. Un'invenzione emersa dalla ricerca condensata del gruppo ha appena ottenuto un brevetto e sarà ulteriormente sviluppata.