Embora muitas pesquisas tenham estudado as taxas de fótons que escapam de gases atômicos frios, esses estudos usaram uma descrição escalar da luz, deixando algumas de suas propriedades não testadas. Em um novo artigo publicado em EPJ B Louis Bellando, pesquisador pós-doutorado na LOMA, Universidade de Bordéus, França, e seus co-autores - Aharon Gero e Eric Akkermans, Instituto de Tecnologia Technion-Israel, Israel, e Robin Kaiser, Université Côte d'Azur, França - tem como objetivo investigar numericamente os papéis dos efeitos cooperativos e da desordem nas taxas de escape de fótons de um gás atômico frio para construir um modelo que considere a natureza vetorial da luz. Assim, o estudo considera as propriedades da luz, anteriormente negligenciado.

"Nosso estudo se concentra na propagação da luz em gases atômicos frios, em que os átomos dificilmente se movem. Em seu caminho para fora do gás, fótons sofrem espalhamento múltiplo pelos átomos, "Bellando diz." Grosso modo, quanto maior o número desses eventos de espalhamento, mais tempo leva para os fótons deixarem o gás, e, portanto, quanto menores suas taxas de fuga. Esta descrição clássica se encaixa na chamada armadilha de radiação, que ocorre, por exemplo, quando a luz passa por um passeio aleatório em um copo de leite. "

Ao levar em consideração a interferência e os efeitos da mecânica quântica, dois mecanismos afetam essas taxas de escape:Localização de Anderson decorrente de efeitos de interferência na presença de distúrbio, e a superradiância de Dicke - efeitos cooperativos decorrentes de interações mediadas pela luz entre os átomos.

Estudar numericamente as taxas de escape de fótons de uma nuvem tridimensional de átomos frios permitiu que a equipe considerasse se havia alguma diferença marcante entre o comportamento no caso escalar simples - dando um único valor para cada ponto em uma região - e o vetor mais complexo caso que atribui magnitude e direção a cada ponto em uma determinada área.

Uma das maiores surpresas encontradas pelos pesquisadores ao coletar seus resultados foi a concordância das observações de campo vetorial com os testes de campo escalar. "Surpreendentemente, não encontramos nenhuma diferença significativa entre os modelos escalar e vetorial, e em ambos os casos, o mecanismo dominante era a cooperatividade, "diz Bellando." Agora sabemos que o modelo escalar constitui uma excelente aproximação ao considerar as taxas de escape de fótons de gases atômicos. "

Como o modelo escalar é muito mais simples do que o vetorial, a semelhança entre os dois significa que, no caso de modelos de taxas de escape de fótons, podem usar campos escalares em vez de campos vetoriais, sem o risco de perder informações substanciais.

"A interação da matéria leve é ​​um campo de pesquisa empolgante, tanto teoricamente quanto experimentalmente, "Bellando conclui." Os avanços nesta área podem ter um impacto significativo em outros campos emergentes, como a computação quântica. "