Mentre una grande quantità di ricerche ha studiato i tassi di fotoni che fuoriescono dai gas atomici freddi, questi studi hanno utilizzato una descrizione scalare della luce lasciando alcune delle sue proprietà non testate. In un nuovo articolo pubblicato su EPJ SI Luigi Bellando, un ricercatore post-dottorato presso LOMA, Università di Bordeaux, Francia, e i suoi coautori, Aharon Gero ed Eric Akkermans, Technion-Israel Institute of Technology, Israele, e Robin Kaiser, Université Côte d'Azur, Francia:mirare a investigare numericamente i ruoli degli effetti cooperativi e del disordine nei tassi di fuga dei fotoni da un gas atomico freddo per costruire un modello che consideri la natura vettoriale della luce. Così, lo studio tiene conto delle proprietà della luce, precedentemente trascurato.

"Il nostro studio si concentra sulla propagazione della luce nei gas atomici freddi, in cui gli atomi si muovono a malapena. Mentre escono dal gas, i fotoni subiscono una diffusione multipla da parte degli atomi, " dice Bellando. " In parole povere, maggiore è il numero di questi eventi di diffusione, più tempo impiegano i fotoni a lasciare il gas, e quindi minori sono i loro tassi di fuga. Questa descrizione classica si adatta al cosiddetto intrappolamento delle radiazioni, che si verifica, Per esempio, quando la luce fa una passeggiata casuale in un bicchiere di latte."

Quando si prendono in considerazione le interferenze e gli effetti della meccanica quantistica, due meccanismi influenzano questi tassi di fuga:localizzazione di Anderson derivante da effetti di interferenza in presenza di disordine, e il superradiamento di Dicke, effetti cooperativi derivanti dalle interazioni mediate dalla luce tra gli atomi.

Lo studio numerico dei tassi di fuga dei fotoni da una nuvola tridimensionale di atomi freddi ha permesso al team di considerare se ci fossero differenze marcate tra il comportamento nel caso scalare semplice, che dà un singolo valore a ogni punto in una regione, e il vettore più complesso caso che assegna grandezza e direzione ad ogni punto in una data area.

Una delle maggiori sorprese incontrate dai ricercatori durante la raccolta dei risultati è stata il modo in cui le osservazioni del campo vettoriale concordavano con i test sul campo scalare. "Sorprendentemente, non abbiamo trovato differenze significative tra i modelli scalari e vettoriali, e in entrambi i casi, il meccanismo dominante era la cooperatività, " dice Bellando. "Ora sappiamo che il modello scalare costituisce un'ottima approssimazione quando si considerano i tassi di fuga dei fotoni dai gas atomici".

Poiché il modello scalare è molto più semplice di quello vettoriale, la somiglianza tra i due significa che nel caso di velocità di fuga dei fotoni i modelli possono utilizzare campi scalari piuttosto che campi vettoriali senza il rischio di perdere informazioni sostanziali.

"L'interazione luce-materia è un campo di ricerca entusiasmante, sia teoricamente che sperimentalmente, "Conclude Bellando. "I progressi in questo settore possono avere un impatto significativo su altri campi emergenti, come l'informatica quantistica".