Per la prima volta i fisici sono riusciti a creare un gas composto interamente da luce e in una sola dimensione. Questo progresso apre nuove entusiasmanti prospettive per lo studio della luce e dei fenomeni quantistici.
Sommaire
Luce nella sua forma più pura
Fotoni, queste particelle di lucesono stati a lungo considerati entità sfuggenti, perché si muovono a una velocità vertiginosa e interagiscono pochissimo con la materia. Recentemente, tuttavia, i ricercatori sono riusciti a intrappolarli e manipolarli per creare uno stato della materia completamente nuovo: a gas fotonico unidimensionale dove la luce, solitamente così fluida, si comporta come un fluido ghiacciato confinato in una linea.
Per realizzare questo esperimento, i ricercatori hanno seguito diversi passaggi chiave. Innanzitutto, hanno creato un intenso raggio laser e lo hanno puntato su un contenitore riempito con un colorante specifico. Scelto accuratamente per le sue proprietà di assorbimento, quest’ultimo permetteva ai fotoni di perdere parte della loro energia attraverso un processo chiamato emissione stimolata.
Anche il contenitore utilizzato era costituito da due specchi altamente riflettenti posti molto vicini tra loro in modo da formare una cavità ottica. Regolando la distanza tra questi specchi, i ricercatori sono stati poi in grado di controllare la lunghezza d’onda dei fotoni intrappolati nella cavità e favorire così la formazione del gas fotonico unidimensionale.
Comportamento quantistico sorprendente
Il lavoro svolto sui gas fotonici unidimensionali ha rivelato proprietà affascinanti e inaspettate. Infatti, a differenza delle loro controparti bidimensionali, questi gas sono presenti comportamenti distinti il che può essere spiegato dalla natura stessa dello spazio in cui sono confinati.
Nel dettaglio, le fluttuazioni termiche, queste minuscole oscillazioni casuali delle particelle, svolgono un ruolo importante in uno spazio unidimensionale. Costretti a muoversi lungo una linea, queste fluttuazioni hanno un impatto maggiore sulla coerenza del gas e impediscono ai fotoni di condensarsi in modo ordinato come in due dimensioni. Questa limitazione nella mobilità si traduce in una sorta di competizione tra lo stato condensato in cui i fotoni si comportano come un’unica entità e lo stato di luce laser in cui i fotoni sono più indipendenti. Il risultato è uno stato intermedio, una miscela complessa in cui le proprietà di questi due stati coesistono.
Per capirlo meglio, immaginiamo un ruscello che si snoda in una foresta: l’acqua, pur essendo unificata, è soggetta a numerose turbolenze e vortici. Questo è un po’ come accade in un gas fotonico unidimensionale. A differenza di un lago calmo dove la superficie dell’acqua è relativamente liscia, il corso d’acqua è soggetto a continui disturbi. Allo stesso modo, i fotoni confinati in una dimensione sono continuamente soggetti a fluttuazioni termiche che ne sconvolgono l’ordine. Queste fluttuazioni agiscono come piccole onde che rompono la superficie liscia di un lago, impedendo ai fotoni di raggrupparsi perfettamente come potrebbero in uno spazio più ampio. È questa competizione tra ordine e disordine che conferisce ai gas fotonici unidimensionali le loro proprietà molto particolari.
Quali applicazioni?
Questo avanzato apre nuove prospettive per la ricerca in fisica quantistica. Studiando il comportamento di questi gas fotonici, i ricercatori sperano in particolare comprendere meglio le leggi che governano il mondo quantisticoun’area ancora in gran parte misteriosa. I gas fotonici potrebbero anche trovare applicazioni nello sviluppo di nuovi tipi di laser, sensori ultrasensibili o persino computer quantistici. Infine, questa scoperta potrebbe aprire la strada alla creazione di altri stati esotici della materia, con proprietà ancora insospettate.
La creazione di gas fotonici unidimensionali segna quindi un passo importante nella nostra comprensione della luce e delle sue interazioni con la materia. Questo progresso apre prospettive entusiasmanti per la ricerca fondamentale e potrebbe portare ad applicazioni tecnologiche rivoluzionarie.
