Detener la luz en un condensado de Bose-Einstein de átomos de rubidio

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La física danesa Lene V. Hau es firme candidata al Premio Nobel de Física. En 1999 redujo la velocidad de luz en un condensado de Bose–Einstein a solo 60 km/h (17 m/s). En 2013 logró detener la luz (reducir su velocidad de grupo a cero km/h). Se publica en Nature Physics un nuevo artículo en esta línea, que logra detener la luz en una nube de átomos de Rubidio-87 ultraenfriado a unos 100 nK controlando las ondas de espines en dicha nube. La aplicación más prometedora de esta técnica es el almacenamiento cuántico de información en los futuros ordenadores cuánticos basados en tecnologías fotónicas.

La clave es la llamada transparencia inducida electromagnéticamente (EIT) que produce un efecto no lineal muy fuerte. En concreto una interacción entre pares de fotones mediada por la nube de átomos. Los pulsos de luz interaccionan con los átomos que a su vez interaccionan con la luz. Como resultado el pulso de luz adquiere una estado estacionario autoestabilizado cuya velocidad de grupo es cero. Este resultado se interpreta como detener la luz.

El artículo es J. L. Everett, G. T. Campbell, …, B. C. Buchler, “Dynamical observations of self-stabilizing stationary light,” Nature Physics (26 Sep 2016), doi: 10.1038/nphys3901. A nivel divulgativo recomiendo leer a Xhaju, “Transparencia inducida electromagnéticamente”, (1/2) Scientia potentia est, 09 Sep 2013, y (2/2) Scientia potentia est, 01 Oct 2013.

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Esta figura muestra el esquema experimental. El condensado de Bose–Einstein de átomos de rubidio se encuentra dentro de una trampa magnetoóptica elongada. Gracias una gradiente en dicho campo magnético se inducen ondas de espín en el condensado. Los pulsos de prueba permiten detectar dichas ondas de espín en sendos detectores D1 y D2. La cámara de vídeo CCD toma imágenes del pulso óptico mientras atraviesa el condensado para verificar que se logra detenerlos.

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La interacción entre la luz y los átomos se ilustra en esta figura. Hay dos estados hiperfinos, |1> y |2>, que están acoplados a través de dos transiciones Raman a un tercer estado excitado |3>. El acoplamiento de los pulsos ópticos es débil con la transición |1>→|3> y fuerte con la transición |2>→|3>. Ambas transiciones Raman están en resonancia con la transición electrónica |1>→|2>. La coherencia atómica en esta transición permite manipular las ondas de spín en el condensado. Estas ondas de espín contrapropagantes son las que permiten detener la luz de forma efectiva mientras atraviesa el condensado.

La ventaja del nuevo método para detener la luz publicado en Nature Physics es que el control de las ondas de espín permite controlar la distribución espacial de la luz atrapada en el condensado. Gracias a ello se podrán explotar diferentes efectos ópticos no lineales, que incluso podrían permitir amplificar la luz estacionaria. Así se podrán explotar sus propiedades cuánticas en muchas aplicaciones, en especial, en el futuro desarrollo de memorias cuánticas completamente ópticas. Un futuro plausible, aunque, no nos engañemos, aún lejano.



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Por Francisco R. Villatoro
Publicado el ⌚ 29 septiembre, 2016
Categoría(s): ✓ Ciencia • Física • Nature • Noticias • Óptica • Physics • Science
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