La luce si riflette da uno specchio, ma dove avviene esattamente questo riflesso? Bene, dipende, Scoperto Martin van Exter e Corné Koks. I loro calcoli precisi, pubblicato in Optics Express , hanno applicazioni nella progettazione di cavità ottiche per comunicazioni quantistiche.

"A dire la verità, molti ricercatori sono stati un po' sciatti, "dice Martin van Exter, discutere il lavoro precedente. "Abbiamo punteggiato alcune i e incrociato alcune t." Van Exter parla di riflettori Bragg distribuiti (DBR), il tipo standard di specchio utilizzato in fisica. Sono costituiti da strati di vetro sovrapposti con indici di rifrazione alternati. Van Exter dice, "Funzionano molto bene. Semplicemente impilando abbastanza strati, puoi ottenere fino al 99,99% di riflessione."

Ma una conseguenza dell'uso del vetro è che la luce penetra parzialmente nello specchio. Quanto è profonda questa penetrazione? Van Exter e Ph.D. lo studente Corné Koks ha cercato di scoprirlo.

"Usiamo questi specchi per creare cavità ottiche. Due piccoli specchi uno di fronte all'altro, con la luce che si riflette avanti e indietro. Specchi piuttosto piccoli, pure, " dice Van Exter. La distanza tra gli specchi è di soli 2 o 3 micrometri, circa un cinquantesimo dello spessore di un capello. Questo è solo un po' più grande della lunghezza d'onda della luce. "Quindi per noi, importa quanto la luce penetri nello specchio."

Profondità di penetrazione

Koks e Van Exter hanno effettuato un'approfondita analisi matematica del comportamento della radiazione elettromagnetica nei DBR, e ha concluso che ci sono tre diverse profondità di penetrazione, a seconda di cosa si vorrebbe misurare.

La luce all'interno di una cavità può essere un'onda elettromagnetica stazionaria, con nodi (dove l'ampiezza è zero) e antinodi (dove l'ampiezza è massima). Il punto nello specchio in cui si trova il nodo è stato soprannominato la profondità di penetrazione di fase da Van Exter e Koks. "Questa profondità di penetrazione non è molto profonda, tipicamente quasi sulla superficie dello specchio, " dice Van Exter. "Questo vale per la luce di una lunghezza d'onda. Ma a volte, non usi una singola lunghezza d'onda, ma un impulso. Quando calcoli la velocità di ritorno di questo impulso, e quindi da quale profondità, la profondità di penetrazione risulta essere maggiore. Questo, chiamiamo la profondità di penetrazione della frequenza." Accanto a questo, i fisici hanno definito una terza profondità di penetrazione modale, applicabile per un fascio di luce ben focalizzato.

Calcoli approssimativi

La conclusione è che ci sono tre diverse profondità di penetrazione. La selezione di quale utilizzare dipende esattamente da ciò che si desidera misurare. "Questi non sono cambiamenti rivoluzionari, "dice Van Exter, "ma lo mostriamo per la prima volta, e notiamo che i fisici sono spesso negligenti quando calcolano le loro configurazioni ottiche."

Le differenze sono importanti per le cavità ottiche realizzate dal gruppo di ricerca di Van Exter. Questi possono essere usati per la comunicazione quantistica in futuro. Van Exter dice:"Uno dei santi graal è trasferire lo stato quantico di un fotone a un singolo atomo o molecola, o vice versa. Potresti essere in grado di farlo riflettendo la luce avanti e indietro in una cavità ottica che contiene un atomo. Ma poi devi essere in grado di calcolare l'esatta dimensione della tua cavità, e quindi la profondità del tuo specchio».