Il fisico teorico Farokh Mivehvar ha studiato l'interazione di due insiemi di atomi che emettono luce all'interno di una cavità quantistica, un dispositivo ottico costituito da due minuscoli specchi di alta qualità uno di fronte all'altro che confinano la luce all'interno di una piccola area per un tempo prolungato. Il modello e le previsioni possono essere implementati e osservati in esperimenti all'avanguardia di elettrodinamica quantistica in cavità/guida d'onda e potrebbero avere applicazioni nella nuova generazione dei cosiddetti laser superradianti.
La superradianza è uno dei fenomeni più sorprendenti e sorprendenti dell’ottica quantistica. Tuttavia, può essere compreso intuitivamente immaginando un atomo come una minuscola antenna che può emettere luce (o, più tecnicamente, radiazione elettromagnetica) in condizioni appropriate.
"Immaginiamo ora che esista un insieme di N atomi. Quando questi N atomi si trovano lontani l'uno dall'altro ed eccitati termicamente, si irradiano indipendentemente l'uno dall'altro in modo che l'intensità della luce emessa sia proporzionale al numero degli atomi, N ," spiega Farokh Mivehvar del Dipartimento di Fisica Teorica dell'Università di Innsbruck.
Tuttavia, se questi atomi si trovano molto vicini, le antenne atomiche iniziano a parlare tra loro e di conseguenza si sincronizzano tra loro, emettendo quindi luce la cui intensità è pari al quadrato del numero degli atomi.
"Si può immaginare questa situazione come se gli atomi formassero un'unica gigantesca antenna che emette luce in modo più efficiente", afferma Farokh Mivehvar. "Di conseguenza, gli atomi emettono la loro energia N volte più velocemente degli atomi indipendenti." È questo effetto che viene chiamato superradianza.
Nel suo recente lavoro, pubblicato su Physical Review Letters , Farokh Mivehvar ha teoricamente considerato due insiemi di atomi, ciascuno contenente un numero di atomi (N1 e N2 ), all'interno di una cavità quantistica. In ciascun insieme, gli atomi si trovano molto vicini tra loro e possono emettere luce in modo superradiante.
"Tuttavia, non è ovvio a priori come queste due antenne giganti associate ai due insiemi atomici possano emettere luce simultaneamente", afferma Mivehvar. Ciò risulta non banale. "In particolare, troviamo due modi distinti in cui le due antenne giganti possono emettere luce."
Nel primo modo, le due antenne giganti cooperano tra loro e formano un'unica antenna supergigante, emettendo luce in modo ancora più superraggiante. Tuttavia, nel secondo modo, le due antenne giganti competono tra loro in modo distruttivo, sopprimendo quindi l'emissione di luce superradiante.
In particolare, quando i due insiemi hanno lo stesso numero di atomi, l'emissione di luce superradiante viene completamente soppressa. "Inoltre, troviamo anche casi in cui le due antenne giganti emettono luce che è una sovrapposizione dei due tipi menzionati prima e ha un carattere oscillatorio", afferma Farokh Mivehvar.
Il modello e le previsioni possono essere implementati e osservati in esperimenti all'avanguardia di elettrodinamica quantistica in cavità/guida d'onda. I risultati potrebbero avere applicazioni anche nella nuova generazione dei cosiddetti laser superradianti.
Ulteriori informazioni: Farokh Mivehvar, Modelli Dicke convenzionali e non convenzionali:multistabilità e dinamiche di non equilibrio, Lettere di revisione fisica (2024). DOI:10.1103/PhysRevLett.132.073602. Su arXiv :DOI:10.48550/arxiv.2307.05686
Fornito dall'Università di Innsbruck
