En el primer estudio de este tipo, publicado por Comunicaciones de la naturaleza , un equipo internacional de investigadores dirigido por la Universidad de Surrey ha demostrado la existencia del legendario efecto Fano multifotón en un experimento.

La ionización es cuando los electrones absorben fotones para ganar suficiente energía para escapar de la fuerza eléctrica del núcleo. Einstein explicó en su teoría del efecto fotoeléctrico, ganadora del Premio Nobel, que existe un umbral para la energía fotónica necesaria para provocar un escape. Si la energía de un solo fotón no es suficiente, podría haber un conveniente paso intermedio:la ionización puede ocurrir con dos fotones comenzando desde el estado de energía más bajo.

Sin embargo, según el mundo contraintuitivo de la teoría cuántica, la existencia de este paso intermedio no es necesaria para que un electrón se libere. Todo lo que el electrón necesita hacer es obtener suficiente energía de múltiples fotones, lo que se puede lograr a través de los llamados estados virtuales "fantasmales". Esta absorción de fotones múltiples solo ocurre en condiciones extremadamente intensas donde hay suficientes fotones disponibles.

Cuando hay un paso a mitad de camino y suficientes fotones alrededor, ambas opciones están disponibles para ionización. Sin embargo, la naturaleza ondulatoria de los átomos presenta otro obstáculo:la interferencia. La alteración de la energía de los fotones puede hacer que las dos ondas diferentes choquen entre sí, conduciendo a una mejora o a la aniquilación completa de su efecto sobre el evento de absorción.

Este efecto Fano se predijo teóricamente hace casi 50 años y ha permanecido esquivo durante décadas debido a la alta intensidad necesaria; fabricar un láser estable que produjera un campo eléctrico lo suficientemente grande necesario para implementar este efecto en átomos aislados no era —y todavía no es— técnicamente posible.

El equipo dirigido por la Universidad de Surrey superó esta complicación utilizando átomos de impurezas donde, debido a la influencia del material anfitrión semiconductor, el campo eléctrico que determina las órbitas externas de los electrones se reduce significativamente y, como consecuencia, se requiere mucha menos intensidad de láser para demostrar el efecto Fano. El equipo utilizó chips de computadora ordinarios que contienen átomos de fósforo incrustados en un cristal de silicio.

Luego, el equipo utilizó potentes rayos láser en la instalación de láser de electrones libres (FELIX) en la Universidad de Radboud, Holanda, ionizar átomos de fósforo. El resultado de la ionización se estimó mediante la absorción de un haz de luz débil. Barriendo la energía del fotón de la radiación láser, los autores observaron la diferente asimetría de la forma de la línea de Fano.

Dr. Konstantin Litvinenko, coautor e investigador en la Universidad de Surrey, dijo:"Creemos que hemos dado un paso muy importante hacia la implementación de aplicaciones novedosas y prometedoras de lectura ultrarrápida de computadoras cuánticas basadas en silicio; ionización selectiva de isótopos específicos; y una variedad de nuevas espectroscopias de física atómica y molecular".