Los átomos pueden absorber y reemitir luz; es un fenómeno cotidiano. Sin embargo, en la mayoría de los casos, los átomos emiten partículas de luz en todas las direcciones posibles, por lo que recuperar esos fotones es bastante difícil. Los científicos han desarrollado el "ping pong cuántico": mediante una lente especial, dos átomos pueden hacer rebotar un fotón con gran precisión.
Ahora, un equipo de investigación de la Universidad Técnica de Viena en Viena, Austria, ha demostrado teóricamente que, utilizando una lente especial, es posible garantizar que un único fotón emitido por un átomo sea reabsorbido por un segundo átomo. Sin embargo, el segundo átomo no sólo absorbe el fotón, sino que lo devuelve directamente al primer átomo. De esta manera, los átomos pueden pasarse fotones entre sí con precisión una y otra vez, como jugar al ping pong.
"Si un átomo emite un fotón en algún lugar del espacio libre, la dirección de su emisión es completamente aleatoria. Esto hace prácticamente imposible que este fotón sea capturado nuevamente por otro átomo distante", dijo el profesor Stefan Rotter del Instituto de Física Teórica de la Universidad Técnica de Viena. "El fotón viaja como una onda, lo que significa que nadie puede decir exactamente en qué dirección viaja. Por lo tanto, si la partícula de luz es reabsorbida por un segundo átomo es puramente una cuestión de azar".
La situación sería diferente si el experimento no se realizara en el espacio libre sino en un ambiente cerrado. Una situación similar ocurre con el llamado "pasillo de los susurros" en acústica: si dos personas se encuentran en una habitación ovalada y se encuentran exactamente en el centro del óvalo, pueden oírse claramente entre sí incluso si sólo susurran. Después de que las ondas sonoras se reflejan en la pared ovalada, se encuentran exactamente donde está la segunda persona, de modo que ésta puede escuchar perfectamente el susurro silencioso.
"En principio, se podría construir algo similar para las ondas de luz colocando dos átomos en los focos de una elipse", dijo Oliver Diekmann, primer autor del artículo. "Pero en la práctica, los dos átomos deben posicionarse con mucha precisión en estos focos".
Por lo tanto, el equipo de investigación ideó una mejor estrategia basada en el concepto de lente ojo de pez propuesto por James Clerk Maxwell, el fundador de la electrodinámica clásica. Las lentes ojo de pez constan de un índice de refracción que varía espacialmente. La luz viaja en línea recta en un medio uniforme como el aire o el agua, pero en una lente ojo de pez de Maxwell la luz viaja en una dirección curva.
"De esta manera se garantiza que todos los rayos de luz emitidos por un átomo sigan un camino curvo hasta el borde de la lente, luego se reflejen y luego tomen otro camino curvo hacia el átomo objetivo. En este caso, el efecto es mucho más eficaz que una simple elipse y las desviaciones de la posición ideal del átomo son menos dañinas", explica Oliver-Dickmann.
"El campo luminoso de esta lente ojo de pez de Maxwell se compone de muchos modos de oscilación diferentes. Esto recuerda a los diferentes armónicos que se producen simultáneamente al tocar un instrumento musical", afirma Stefan Rotter. "Pudimos demostrar que el acoplamiento entre átomos y estos diferentes modos de oscilación se pueden ajustar de tal manera que es casi seguro que los fotones se transfieran de un átomo a otro, algo muy diferente de lo que ocurre en el espacio libre".
Una vez que un átomo absorbe un fotón, permanece en un estado de mayor energía hasta que vuelve a emitir el fotón poco tiempo después. Luego el juego comienza de nuevo: los dos átomos intercambian roles y el fotón regresa del átomo receptor al átomo emisor original, y así sucesivamente.
Hasta ahora, este efecto se ha demostrado en teoría, pero con la tecnología actual se puede probar en la práctica. "En la práctica, es posible utilizar no sólo dos átomos, sino también dos grupos de átomos, aumentando así aún más la eficiencia. Este concepto podría ser un punto de partida interesante para que los sistemas de control cuántico estudien los efectos de interacciones extremadamente intensas entre la luz y la materia", afirma Stefan Rotel.
Fuente compilada: ScitechDaily