Las fibras ópticas son omnipresentes, Llevando luz donde sea que se necesite. Estos túneles de vidrio son el ferrocarril de alta velocidad de tránsito de información, mover datos a velocidades increíbles a distancias tremendas. Las fibras también son delgadas y flexibles, para que puedan sumergirse en muchos entornos diferentes, incluido el cuerpo humano, donde se emplean para iluminación e imágenes.

Los físicos usan fibras, también, particularmente aquellos que estudian física atómica y ciencia de la información cuántica. Aparte de enviar luz láser alrededor, Las fibras se pueden usar para crear trampas de luz para átomos súper enfriados. Los átomos capturados pueden interactuar más fuertemente con la luz, mucho más que si se movieran libremente. Este entorno bastante artificial se puede utilizar para explorar cuestiones fundamentales de física, como la forma en que una sola partícula de luz interactúa con un solo átomo. Pero también puede ayudar con el desarrollo de tecnologías átomo-ópticas híbridas en el futuro.

Ahora, investigadores del Joint Quantum Institute y el Army Research Laboratory han desarrollado un forma no invasiva de utilizar la luz de fibra para revelar información sobre las trampas de fibra. Esta técnica recuerda a los sensores biomédicos y químicos que utilizan fibras para detectar propiedades de moléculas cercanas. Los sensores de fibra son una herramienta de medición atractiva porque a menudo pueden extraer información sin alterar por completo los fenómenos interesantes que puedan estar sucediendo. La investigación apareció como una selección del editor en la revista. Letras de óptica . El equipo también publicó un artículo de revisión sobre fibras ópticas a nanoescala en el volumen más reciente de Advances in Atomic, Molecular, y Física Óptica.

Fibras ópticas típicas, como las que se utilizan en comunicaciones y medicina, tener solo una pequeña cantidad de luz cerca de la superficie exterior, y eso no es suficiente para capturar átomos de un gas circundante. Los físicos pueden empujar más luz hacia el exterior remodelando la fibra para que parezca un diminuto reloj de arena en lugar de un túnel. La cintura del reloj de arena tiene cientos de nanómetros, unas pocas veces el ancho de un cabello humano y demasiado pequeño para contener ondas de luz que se propagan por el interior de la fibra. Pero en lugar de simplemente detenerse en la constricción, la luz se aprieta hacia la superficie exterior. Cuando los físicos inyectan luz en ambos extremos de dicha fibra, las ondas de luz se combinan para formar una ondulación estacionaria alrededor de la constricción. Los átomos se sentirán atraídos por las caídas de la onda y se alinearán como una fila de huevos en una caja de cartón.

Esta captura es un ejemplo de cómo la luz afecta a los átomos, atrayéndolos. Pero la relación luz-átomo es recíproca:la presencia de átomos puede alterar la luz, también. Ondas de luz, enviado a un extremo de una fibra a nanoescala, recogerá información sobre los átomos en las proximidades de la fibra, y luego transmítalo a un detector en el extremo opuesto de la fibra.

Cada átomo atrapado actúa como una canica en un recipiente de vidrio. Cuando se empuja, una canica se enrollará por el costado del cuenco, echarse atrás, y luego por el otro lado. La velocidad de este ciclo está relacionada con la curvatura del cuenco:las paredes más empinadas provocan ciclos más rápidos. Ahora imagina hacer brillar una linterna a través de un lado del cuenco. A medida que avanza y retrocede, la canica seguirá pasando a través del haz de la linterna. La señal del rayo parpadeará a la velocidad a la que la canica se movía en el cuenco. En otras palabras, la información sobre el movimiento de la canica, y por tanto la forma del cuenco, se codifica en el haz de la linterna.

En esta investigación, el equipo utiliza luz láser como sonda, análogo a la linterna. Se inyectan solo 70 nanovatios de potencia en la fibra, pateando suavemente los átomos en movimiento. Similar a los bamboleos de mármol, los átomos se balancean hacia adelante y hacia atrás en sus trampas de cuenco. En lugar de hacer que la luz de la sonda se encienda y apague, el movimiento del átomo afecta la dirección en la que oscilan las ondas de luz. La velocidad del átomo balanceándose, que está directamente relacionado con la forma de la trampa de átomos, se imprimirá en la luz como cambios más rápidos o más lentos.

Cuando las ondas de luz completan su viaje y salen de la fibra, el equipo los atrapa con un detector para monitorear continuamente las oscilaciones de la luz del átomo. El proceso es rápido tomando solo una fracción de milisegundo, y se puede integrar a la perfección en una secuencia experimental.

Cuando se trata de medir estas propiedades de trampa de átomos, los físicos quieren evitar perturbaciones. Esto puede ser difícil de hacer porque una de las formas más efectivas de sondear átomos consiste en bombardearlos con luz, que puede calentarlos e incluso liberarlos de sus trampas. Este método convencional es aceptable porque los científicos pueden simplemente recuperar y recuperar los átomos. A diferencia de, la técnica JQI-ARL utiliza muy poca luz y se realiza in situ, lo que significa que recopila información al tiempo que minimiza las interrupciones. Esta atractiva alternativa promete agilizar los experimentos de fibra atómica.