Gli scienziati dell'Ecole Polytechnique Federale de Lausanne hanno accoppiato un nuovo materiale con la luce a livello di un singolo fotone. Il risultato apre prospettive per un migliore controllo e comprensione delle proprietà dei sistemi quantistici correlati, dove i calcoli teorici sono difficili.

Esiste un ampio gruppo di materiali che i fisici chiamano "fortemente correlati, " che includono isolanti e materiali elettronici che hanno proprietà elettroniche e magnetiche insolite, o anche neutroni nelle stelle di neutroni. Le loro proprietà derivano dal fatto che i loro costituenti interagiscono fortemente tra loro:nuove caratteristiche appaiono a livello collettivo, che non sono presenti nelle particelle isolate.

Le proprietà uniche di materiali fortemente correlati sono spesso tecnologicamente utili, e sono quindi utilizzati nei magneti superconduttori e nella tecnologia di memorizzazione magnetica, ma anche nelle emergenti "tecnologie quantistiche".

Ora, scienziati guidati da Jean-Philippe Brantut presso l'Istituto di fisica dell'EPFL, hanno scoperto il primo complesso, materiale fortemente correlato i cui costituenti sono fortemente accoppiati alla luce a livello di singolo fotone. Il materiale è quello che i ricercatori chiamano un "gas di Fermi, " che è fondamentalmente un gas di atomi neutri raffreddato molto vicino allo zero assoluto. Lì, gli atomi che appartengono a quella stessa famiglia di particelle rispetto agli elettroni o ai neutroni mostrano forti effetti di correlazione simili.

Collocando questo gas di Fermi tra due specchi ottici altamente riflettenti, una "scatola per la luce, " i ricercatori hanno scoperto che le interazioni con la luce possono essere rese senza precedenti. "Ora useremo questo per controllare e comprendere meglio le proprietà dei sistemi quantistici correlati, dove i calcoli teorici sono difficili, "dice Brantut. "Al contrario, questo potrebbe consentire di utilizzare ulteriormente la materia fortemente correlata per le applicazioni delle tecnologie quantistiche, dove interfacciarsi con la luce è un prerequisito."