Un equipo internacional de físicos del Instituto Mandelstam de Física Teórica de la Universidad de Wits y el Institut Néel de Grenoble, Francia, ha creado un pequeño circuito superconductor que imita el proceso mecánico cuántico en el que un átomo absorbe o emite luz.

Su trabajo fue publicado recientemente. Información cuántica , y fue destacado en un artículo editorial de la misma revista. Lo que hace que su dispositivo sea único es que logran una interacción de luz artificial y materia que es un orden de magnitud mayor que en el mundo en general.

El equipo fue dirigido por Nicholas Roch del Institut Néel en el Centre National de la Researche Scientifique en Francia. Los experimentos fueron realizados por Ph.D. los alumnos Javier Martínez y Sébastien Léger.

"La ventaja de los dispositivos artificiales como el nuestro es que se pueden modificar fácilmente. De esta manera, se pueden hacer para imitar otros sistemas conocidos que interactúan fuertemente, "dice el Dr. Izak Snyman, de la Universidad de Wits, quien jugó un papel destacado en el modelado teórico del dispositivo y en el análisis e interpretación de los datos experimentales.

"Una aplicación interesante es usar nuestro dispositivo para simular fenómenos cuánticos que ocurren dentro de un trozo de metal, donde no es posible observar lo que está sucediendo tan de cerca como en nuestro sistema artificial ".

El equipo logró mejorar la interacción de la materia ligera al incrustar su átomo artificial dentro de una matriz cuidadosamente modelada de diminutos superconductores idénticos. cada uno tiene un tamaño de alrededor de 1000 nanómetros (milésimas de milímetro). A la luz emitida o absorbida por el átomo artificial, esto parece un cristal, lo que reduce drásticamente la velocidad a la que viaja la luz. Como resultado, hay más tiempo para que un pulso de luz interactúe con el átomo artificial, y resulta una interacción más fuerte.

Para determinar la fuerza de la interacción de la materia ligera, el equipo estudió la velocidad a la que su átomo emite luz. Compararon esto con la velocidad a la que orbita el "electrón" en su átomo artificial. Donde un electrón en un átomo de hidrógeno normal orbita alrededor de 10 millones de veces antes de desintegrarse y emitir un paquete de luz, los investigadores lograron que el átomo artificial se descompusiera y emitiera un paquete de luz después de solo 10 oscilaciones.

"Esto muestra una interacción sorprendentemente fuerte entre la luz y el átomo, ", dice Snyman." En dispositivos anteriores en los que se logró esta hazaña, el entorno a través del cual la luz tenía que viajar invariablemente se comportaba de manera similar a un diapasón para la luz, favoreciendo fuertemente una sola frecuencia de luz ".

Al no elegir una frecuencia (o color) en particular, el entorno permite que surja un comportamiento mucho más rico de la interacción luz-materia que los dispositivos anteriores. Es más, mientras que para un átomo natural dado, uno está atascado con la fuerza de interacción que elige la naturaleza, en el nuevo dispositivo se puede ajustar a mano.

"Esto es similar a tener una aplicación que permite ajustar la cantidad de carga eléctrica que transporta un protón o un electrón, en lugar de conformarse con la cantidad estándar decretada por la naturaleza, "dice Snyman.

Si bien no existen necesariamente aplicaciones del mundo real para este nuevo dispositivo, Snyman cree que proporciona a los científicos un nuevo conjunto de herramientas para explorar sistemas mecánicos cuánticos que interactúan fuertemente.

"Muchas preguntas fundamentales de física sin respuesta implican fuertes interacciones. Por ejemplo, ¿Cómo se unen los quarks para formar protones y neutrones? Dispositivos como el nuestro pueden proporcionar pistas sobre estos acertijos ".