Los electrones dentro de un átomo azotan el núcleo como satélites alrededor de la Tierra, ocupando órbitas determinadas por la física cuántica. La luz puede impulsar un electrón a otro órbita más enérgica, pero ese subidón no dura para siempre. En algún momento, el electrón excitado volverá a su órbita original, provocando que el átomo emita luz de forma espontánea que los científicos llaman fluorescencia.

Los científicos pueden hacer trucos con el entorno de un átomo para ajustar el tiempo de relajación de los electrones de alto vuelo. que luego dicta la tasa de fluorescencia. En un nuevo estudio, investigadores del Joint Quantum Institute observaron que un diminuto hilo de vidrio, llamada nanofibra óptica, tuvo un impacto significativo en la rapidez con que un átomo de rubidio libera luz. La investigación, que apareció como una sugerencia del editor en Revisión física A , mostró que la fluorescencia dependía de la forma de la luz utilizada para excitar los átomos cuando estaban cerca de la nanofibra.

"Los átomos son como antenas, absorbiendo luz y emitiéndola de regreso al espacio, y cualquier cosa que se encuentre cerca puede afectar potencialmente este proceso radiativo, "dice Pablo Solano, el autor principal del estudio y un estudiante graduado de la Universidad de Maryland en el momento en que se realizó esta investigación.

Para investigar cómo afecta el medio ambiente a estas antenas atómicas, Solano y sus colaboradores rodean una nanofibra con una nube de átomos de rubidio. Las nanofibras son conductos hechos a medida que permiten que gran parte de la luz viaje por el exterior de la fibra. mejorando sus interacciones con los átomos. Los átomos más cercanos a la nanofibra, dentro de los 200 nanómetros, sintieron más su presencia. Parte de la fluorescencia de los átomos en esta región golpeó la fibra y rebotó en los átomos en un intercambio que finalmente modificó el tiempo que el electrón de un átomo de rubidio permaneció excitado.

Los investigadores encontraron que la vida útil de los electrones y las subsiguientes emisiones atómicas dependían de las características de onda de la luz. Las ondas de luz oscilan mientras viajan, a veces deslizándose como una serpiente sidewinder y otras veces haciendo tirabuzones como una hebra de ADN. Los investigadores vieron que para ciertas formas de luz, el electrón permanecía en el estado excitado, y para otros, hizo una salida más abrupta.

"Pudimos usar las propiedades de oscilación de la luz como una especie de botón para controlar cómo se activaba la fluorescencia atómica cerca de la nanofibra, "Dice Solano.

El equipo originalmente se propuso medir los efectos que la nanofibra tenía en los átomos, y comparar los resultados con las predicciones teóricas para este sistema. Encontraron desacuerdos entre sus medidas y los modelos existentes que incorporan muchos de los detalles complejos de la estructura interna del rubidio. Esta nueva investigación pinta una imagen más simple de las interacciones átomo-fibra, y el equipo dice que se necesita más investigación para comprender las discrepancias.

"Creemos que este trabajo es un paso importante en la búsqueda en curso de una mejor comprensión de la interacción entre la luz y los átomos cerca de una estructura de guía de luz a nanoescala, como la nanofibra óptica que usamos aquí, "dice William Phillips, miembro de JQI y científico del NIST, quien también es uno de los investigadores principales del estudio.