El físico teórico Farokh Mivehvar ha investigado la interacción de dos conjuntos de átomos que emiten luz dentro de una cavidad cuántica, un dispositivo óptico que consta de dos espejos diminutos de alta calidad, uno frente al otro, que confinan la luz dentro de un área pequeña durante un tiempo prolongado. El modelo y las predicciones se pueden implementar y observar en experimentos de electrodinámica cuántica de guías de ondas/cavidades de última generación y podrían tener aplicaciones en la nueva generación de los llamados láseres superradiantes.
La superradiancia es uno de los fenómenos más sorprendentes y llamativos de la óptica cuántica. Sin embargo, se puede entender intuitivamente imaginando un átomo como una pequeña antena que puede emitir luz (o más técnicamente, radiación electromagnética) en condiciones apropiadas.
"Ahora imagine que hay una colección de átomos de N. Cuando estos átomos de N están ubicados lejos unos de otros y excitados térmicamente, irradian independientemente unos de otros, de modo que la intensidad de la luz emitida es proporcional al número de átomos, N ", explica Farokh Mivehvar del Departamento de Física Teórica de la Universidad de Innsbruck.
Sin embargo, si estos átomos se ubican muy cerca, las antenas atómicas comienzan a comunicarse entre sí y, en consecuencia, se sincronizan entre sí, emitiendo luz cuya intensidad es igual al cuadrado del número de átomos.
"Se puede imaginar esta situación como si los átomos formaran una sola antena gigante que emite luz de manera más eficiente", dice Farokh Mivehvar. "Como resultado, los átomos emiten su energía N veces más rápido que los átomos independientes". Es este efecto el que se conoce como superradiancia.
En su trabajo reciente, publicado en Physical Review Letters , Farokh Mivehvar ha considerado teóricamente dos conjuntos de átomos, cada uno de los cuales contiene un número de átomos (N1 y N2 ), dentro de una cavidad cuántica. En cada conjunto, los átomos están situados muy cerca unos de otros y pueden emitir luz de forma superradiante.
"Sin embargo, a priori no está claro cómo estas dos antenas gigantes asociadas a los dos conjuntos atómicos pueden emitir luz simultáneamente", afirma Mivehvar. Esto resulta no ser trivial. "En particular, encontramos dos formas distintas en que las dos antenas gigantes pueden emitir luz".
En el primer caso, las dos antenas gigantes cooperan entre sí y forman una única antena supergigante, que emite luz de forma aún más superradiante. Sin embargo, en la segunda forma, las dos antenas gigantes compiten entre sí de manera destructiva, suprimiendo así la emisión de luz superradiante.
En particular, cuando los dos conjuntos tienen el mismo número de átomos, la emisión de luz superradiante se suprime por completo. "Además, también encontramos casos en los que las dos antenas gigantes emiten luz que es una superposición de los dos tipos mencionados anteriormente y tiene un carácter oscilatorio", afirma Farokh Mivehvar.
El modelo y las predicciones se pueden implementar y observar en experimentos de electrodinámica cuántica de guía de onda/cavidad de última generación. Los hallazgos también podrían tener aplicaciones en la nueva generación de los llamados láseres superradiantes.
Más información: Farokh Mivehvar, Modelos de Dicke convencionales y no convencionales:multiestabilidades y dinámica de desequilibrio, Cartas de revisión física (2024). DOI:10.1103/PhysRevLett.132.073602. En arXiv :DOI:10.48550/arxiv.2307.05686
Proporcionado por la Universidad de Innsbruck
