Fisici creano gas unidimensionale da fotoni: nuove frontiere nella fisica quantistica

RomeI ricercatori hanno raccolto i fotoni in una piccola area raffreddandoli contemporaneamente. Hanno utilizzato un metodo di strutturazione dettagliata per intrappolare i fotoni in microstrutture. Questi polimeri limitano il movimento dei fotoni in una sola direzione.

Aspetti chiave dell'esperimento comprendono:

• Confinare i fotoni in minuscoli contenitori riempiti con una soluzione colorante.
• Utilizzare un laser per eccitare la soluzione, facendo rimbalzare i fotoni tra pareti riflettenti.
• Applicare strutture di polimero trasparente sulle superfici riflettenti per creare trappole per i fotoni.

Raffreddare un gas di fotoni può portare a condensazione, ma in una dimensione questa dinamica è meno definita a causa delle fluttuazioni termiche. Pertanto, tali sistemi si comportano diversamente rispetto a quelli bidimensionali. Nonostante le transizioni di fase siano meno nette nei sistemi a una dimensione, rimangono comunque sotto l'influenza della fisica quantistica.

Questo studio è cruciale per l'ottica quantistica. L'analisi delle variazioni dimensionali può portare a nuove applicazioni. Per esempio, questa configurazione potrebbe migliorare i sensori quantistici o potenziare parti dei computer quantistici.

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La capacità di controllare con precisione le dimensioni del gas di fotoni apre nuove strade per la ricerca:

• Maggiore controllo sui punti di transizione di fase nei sistemi quantistici.
• Nuove tecniche per manipolare la luce in ambienti confinati.
• Possibili applicazioni nel processamento dell'informazione quantistica.
• Indagini avanzate sui gas quantistici degeneri.

Le fluttuazioni termiche influenzano i gas di fotoni monodimensionali, provocando variazioni di comportamento nelle diverse regioni. Queste fluttuazioni rendono meno precisa la transizione di fase. Comprendendole e riducendole, possiamo stabilizzare i sistemi quantistici e renderli più affidabili.

Man mano che gli scienziati perfezionano il controllo di questi sistemi unidimensionali, possiamo aspettarci ulteriori progressi in futuro. Sebbene questa ricerca sia ancora in fase preliminare, potrebbe portare a nuove tecnologie quantistiche. Questo studio è stato finanziato dal Consiglio Europeo della Ricerca (ERC) e dalla Fondazione Tedesca per la Ricerca (DFG).