As fibras ópticas são onipresentes, levando luz para onde for necessário. Esses túneis de vidro são a ferrovia de alta velocidade do trânsito de informações, movendo dados em velocidades incríveis em distâncias tremendas. As fibras também são finas e flexíveis, para que possam ser imersos em muitos ambientes diferentes, incluindo o corpo humano, onde eles são empregados para iluminação e imagem.

Os físicos usam fibras, também, particularmente aqueles que estudam física atômica e ciência da informação quântica. Além de transportar a luz do laser ao redor, fibras podem ser usadas para criar armadilhas de luz para átomos super-resfriados. Os átomos capturados podem interagir mais fortemente com a luz, muito mais do que se estivessem se movendo livremente. Este ambiente bastante artificial pode ser usado para explorar questões fundamentais da física, por exemplo, como uma única partícula de luz interage com um único átomo. Mas também pode ajudar no desenvolvimento de futuras tecnologias híbridas de átomo-óptico.

Agora, pesquisadores do Joint Quantum Institute e do Laboratório de Pesquisa do Exército desenvolveram um sistema de ação rápida, forma não invasiva de usar luz de fibra para revelar informações sobre armadilhas de fibra. Esta técnica é uma reminiscência de sensores biomédicos e químicos que usam fibras para detectar propriedades de moléculas próximas. Os sensores de fibra são uma ferramenta de medição atraente porque muitas vezes podem extrair informações sem interromper totalmente fenômenos interessantes que podem estar ocorrendo. A pesquisa apareceu como Escolha do Editor no jornal Cartas de Óptica . A equipe também publicou um artigo de revisão sobre fibras ópticas em nanoescala no volume mais recente de Advances in Atomic, Molecular, e Física Óptica.

Fibras ópticas típicas, como os usados ​​em comunicações e medicina, tem apenas uma pequena quantidade de luz perto da superfície externa, e isso não é suficiente para capturar átomos de um gás circundante. Os físicos podem empurrar mais luz para o exterior remodelando a fibra para parecer uma minúscula ampulheta em vez de um túnel. A cintura da ampulheta tem centenas de nanômetros, algumas vezes a largura de um cabelo humano e muito pequeno para conter ondas de luz que se propagam ao longo do interior da fibra. Mas em vez de apenas parar na constrição, a luz aperta para a superfície externa. Quando os físicos injetam luz em ambas as extremidades dessa fibra, as ondas de luz se combinam para formar uma ondulação estacionária em torno da constrição. Os átomos serão atraídos para mergulhos na onda e se alinharão como uma fileira de ovos em uma caixa.

Esta captura é um exemplo de como a luz afeta os átomos, atraindo-os. Mas a relação átomo-luz é recíproca:a presença de átomos pode alterar a luz, também. Ondas de luz, enviado em uma extremidade de uma fibra em nanoescala, irá coletar informações sobre os átomos na vizinhança da fibra, e, em seguida, conduza-o a um detector na extremidade oposta da fibra.

Cada átomo preso age como uma bola de gude em uma tigela de vidro. Quando empurrado, uma bola de gude vai rolar pela lateral da tigela, volta para baixo, e então suba do outro lado. A velocidade desse ciclo está relacionada à curvatura da tigela:paredes mais íngremes causam ciclos mais rápidos. Agora imagine iluminar um lado da tigela com uma lanterna. À medida que vai e volta, a bola de gude continua passando pelo feixe da lanterna. O sinal do feixe piscará e desligará na taxa em que a bola de gude estava se movendo na tigela. Em outras palavras, as informações sobre o movimento do mármore, e, portanto, a forma da tigela, é codificado no feixe da lanterna.

Nesta pesquisa, a equipe usa luz laser como sonda, análogo à lanterna. Apenas 70 nanowatts de energia são injetados na fibra, chutando suavemente os átomos em movimento. Semelhante a oscilações de mármore, os átomos balançam para frente e para trás em suas armadilhas. Em vez de fazer com que a luz da sonda pisque e apague, o movimento do átomo afeta a direção em que as ondas de luz oscilam. A velocidade do balanço do átomo, que está diretamente relacionado à forma da armadilha de átomos, será impresso na luz conforme mudanças mais rápidas ou mais lentas.

Quando as ondas de luz completam sua jornada e saem da fibra, a equipe os pega com um detector para monitorar continuamente as oscilações da luz do átomo. O processo é rápido, levando apenas uma fração de milissegundo, e pode ser perfeitamente integrado em uma sequência experimental.

Quando se trata de medir essas propriedades da armadilha atômica, os físicos querem evitar perturbações. Isso pode ser difícil de fazer porque uma das maneiras mais eficazes de sondar átomos envolve explodi-los com luz, que pode aquecê-los e até mesmo libertá-los de suas armadilhas. Este método convencional é aceitável porque os cientistas podem apenas refazer o resfriamento e recapturar os átomos. Em contraste, a técnica JQI-ARL usa muito pouca luz e é feita in-situ, o que significa que coleta informações ao mesmo tempo em que minimiza interrupções. Esta alternativa atraente promete agilizar os experimentos de fibras atômicas.