Nel primo studio di questo tipo, pubblicato da Comunicazioni sulla natura , un team internazionale di ricercatori guidati dall'Università del Surrey ha dimostrato l'esistenza del leggendario effetto Fano multi-fotone in un esperimento.

La ionizzazione è quando gli elettroni assorbono i fotoni per guadagnare energia sufficiente per sfuggire alla forza elettrica del nucleo. Einstein ha spiegato nella sua teoria dell'effetto fotoelettrico, vincitrice del premio Nobel, che esiste una soglia per l'energia del fotone necessaria per provocare una fuga. Se l'energia di un singolo fotone non è sufficiente, potrebbe esserci un comodo passaggio a metà strada:la ionizzazione può avvenire con due fotoni a partire dallo stato di energia più bassa.

Però, secondo il mondo controintuitivo della teoria quantistica, l'esistenza di questo passaggio intermedio non è necessaria affinché un elettrone si liberi. Tutto ciò che l'elettrone deve fare è acquisire energia sufficiente da più fotoni che può essere ottenuta attraverso i cosiddetti stati virtuali "fantasma". Questo assorbimento multifotonico avviene solo in condizioni estremamente intense dove ci sono abbastanza fotoni disponibili.

Quando c'è un passo a metà e abbastanza fotoni intorno, entrambe le opzioni sono disponibili per la ionizzazione. Però, la natura ondulatoria degli atomi presenta un altro ostacolo:l'interferenza. L'alterazione dell'energia dei fotoni può far sì che le due diverse onde si schiantino l'una contro l'altra, portando o al potenziamento o al completo annientamento del loro effetto sull'evento di assorbimento.

Questo effetto Fano è stato previsto teoricamente quasi 50 anni fa ed è rimasto inafferrabile per decenni a causa dell'elevata intensità necessaria; la produzione di un laser stabile che producesse un campo elettrico sufficientemente grande necessario per implementare questo effetto su atomi isolati non era, e non è tuttora, tecnicamente possibile.

Il team guidato dall'Università del Surrey ha superato questa complicazione utilizzando atomi di impurità dove, a causa dell'influenza del materiale ospite semiconduttore, il campo elettrico che determina le orbite elettroniche esterne è notevolmente ridotto e, di conseguenza, è necessaria molta meno intensità del laser per dimostrare l'effetto Fano. Il team ha utilizzato normali chip per computer che contengono atomi di fosforo incorporati in un cristallo di silicio.

Il team ha quindi utilizzato potenti raggi laser presso la struttura laser a elettroni liberi (FELIX) della Radboud University, Olanda, per ionizzare gli atomi di fosforo. Il risultato della ionizzazione è stato stimato dall'assorbimento di un debole raggio di luce. Spazzando l'energia del fotone della radiazione laser, gli autori hanno osservato la diversa inclinazione della forma della linea di Fano.

Dott. Konstantin Litvinenko, coautore e ricercatore presso l'Università del Surrey, ha dichiarato:"Riteniamo di aver compiuto un passo molto importante verso l'implementazione di nuove e promettenti applicazioni di lettura ultraveloce di computer quantistici a base di silicio; ionizzazione selettiva isotopica specifica; e una varietà di nuove spettroscopie di fisica atomica e molecolare".