Efek yang baru diamati membuat atom transparan terhadap frekuensi cahaya tertentu

Sebuah fenomena yang baru ditemukan yang disebut transparansi yang diinduksi secara kolektif (CIT) menyebabkan kelompok atom tiba-tiba berhenti memantulkan cahaya pada frekuensi tertentu.

CIT ditemukan dengan mengurung atom ytterbium di dalam photocavity—pada dasarnya kotak kecil cahaya—dan meledakkannya dengan laser. Meskipun sinar laser akan memantul dari atom ke suatu titik, saat frekuensi cahaya disetel, jendela transparan muncul di mana cahaya melewati rongga tanpa halangan.

kata Andrei Faraon (BS ’04) dari California Institute of Technology (BS ’04), William L. Valentine Profesor Fisika Terapan dan Teknik Elektro dan rekan penulis makalah tentang penemuan yang diterbitkan 26 April di jurnal alam. “Penelitian kami terutama menjadi perjalanan untuk mencari tahu alasannya.”

Analisis transparansi jendela menunjukkan bahwa itu adalah hasil interaksi dalam rongga antara kelompok atom dan cahaya. Fenomena ini mirip dengan interferensi destruktif, di mana gelombang dari dua atau lebih sumber dapat saling meniadakan. Kumpulan atom secara konstan menyerap dan memancarkan kembali cahaya, yang umumnya menghasilkan pantulan sinar laser. Namun, pada frekuensi CIT, terjadi kesetimbangan yang disebabkan oleh cahaya yang dipancarkan kembali dari masing-masing atom dalam ansambel, yang menyebabkan penurunan reflektansi.

“Sekelompok atom yang digabungkan dengan kuat ke bidang optik yang sama dapat menyebabkan hasil yang tidak terduga,” kata salah satu penulis utama Mei Li, seorang mahasiswa pascasarjana di Caltech.

Resonator optik, yang panjangnya hanya 20 μm dan mencakup fitur yang lebih kecil dari 1 μm, dibuat di Kavli Institute for Nanoscience di Caltech.

“Melalui teknik pengukuran optik kuantum tradisional, kami telah menemukan bahwa sistem kami telah mencapai rezim yang belum dijelajahi, mengungkap fisika baru,” kata mahasiswa pascasarjana Rikuto Fukumori, salah satu penulis utama makalah tersebut.

Selain fenomena transparansi, para peneliti juga mencatat bahwa sekelompok atom dapat menyerap dan memancarkan cahaya dari laser jauh lebih cepat atau lebih lambat dibandingkan dengan satu atom tergantung pada intensitas laser. Proses ini, yang disebut superradiasi dan subduksi, dan fisika yang mendasarinya masih kurang dipahami karena banyaknya partikel kuantum yang berinteraksi.

“Kami dapat mengamati dan mengontrol interaksi mekanika kuantum antara cahaya dan materi dalam skala nano,” kata rekan penulis Joonhee Choi, mantan peneliti postdoctoral di Caltech dan sekarang menjadi asisten profesor di Stanford.

Meskipun penelitian ini terutama mendasar dan memperluas pemahaman kita tentang dunia misterius efek kuantum, penemuan ini suatu hari nanti berpotensi membantu membuka jalan bagi memori kuantum yang lebih efisien di mana informasi disimpan dalam susunan atom yang sangat berpasangan. Farron juga bekerja untuk membuat penyimpanan kuantum dengan memanipulasi interaksi beberapa atom vanadium.

“Selain ingatan, sistem eksperimental ini memberikan wawasan penting ke dalam pengembangan komunikasi masa depan antara komputer kuantum,” kata Manuel Endres, Profesor Fisika dan Sarjana Rosenberg, rekan penulis studi tersebut.