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Les atomes ultra-froids peuvent travailler ensemble pour façonner ou diriger la lumière

Par Karmela Padavic Callaghan

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La lumière peut être dirigée ou façonnée par des atomes refroidis à presque zéro absolu

SAKKMESTERKE / BIBLIOTHÈQUE DE PHOTOS SCIENTIFIQUES

Les atomes extrêmement froids peuvent contrôler la forme et la direction de la lumière lorsqu’ils travaillent ensemble, en s’appuyant sur un type de physique proposé il y a plus de 400 ans, mais qui n’est prouvé que possible.

Pour manipuler à la fois les interactions électriques et magnétiques entre les atomes et la lumière, les travaux antérieurs devaient s’appuyer sur des méta-matériaux spécialement conçus.

Mais Janne Ruostekoski de l’Université de Lancaster au Royaume-Uni, et ses collègues ont maintenant montré que cela pouvait être fait avec des éléments naturels, tels que l’ytterbium ou le strontium. Ils ont calculé que la manipulation du comportement d’atomes refroidis à un milliardième de degré Kelvin au-dessus du zéro absolu en fait un instrument puissant pour façonner la lumière.

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À ces températures, les atomes se déplacent extrêmement lentement et peuvent être contrôlés par des effets de mécanique quantique qui sont négligeables à des températures plus élevées.

L’équipe a utilisé des lasers pour exciter les atomes et les amener dans un mouvement partagé. Ils ont découvert que lorsque les atomes agissent collectivement, ils peuvent façonner et diriger la lumière grâce à leurs interactions électriques et magnétiques avec elle. Le comportement partagé leur permet d’agir comme une collection de charges électriques ou de très petits aimants qui affectent la lumière.

Exploiter en particulier les interactions magnétiques est un aspect nouveau et important de ce travail, explique David Wilkowski de l’Université nationale de Singapour, qui n’a pas participé à l’étude.

Cette recherche rejoint également les théories du 17e siècle du physicien Christiaan Huygens. L’équipe de Ruostekoski a effectivement trouvé un moyen de construire une soi-disant surface de Huygens à partir d’atomes ultra-froids.

Chaque point – chaque atome – sur cette surface détermine la forme de l’onde de lumière émanant qui la traverse, ce qui en fait un outil pour l’ingénierie des ondes lumineuses qui ont tous les attributs voulus. Ce travail pourrait nous aider à étudier les informations quantiques et potentiellement améliorer les dispositifs de mémoire quantique en utilisant l’interaction coopérative atome-lumière.

Référence: arxiv.org/abs/2002.12930

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