La première stimulation bosonique expérimentale de la diffusion de la lumière atomique dans un gaz ultrafroid

La première stimulation bosonique expérimentale de la diffusion de la lumière atomique dans un gaz ultrafroid

Lorsqu’un photon est diffusé, le recul du photon modifie la quantité de mouvement de l’atome de q (flèche rouge). a, Au-dessus de la transition de phase (T>TC), les états d’impulsion initial et final sont dans le nuage thermique. b, en dessous de la transition de phase (T

Les bosons, l’une des deux classes fondamentales de particules, ont fait l’objet d’innombrables études de physique. Lorsque les particules bosoniques sont en transition vers un état quantique final déjà occupé, la vitesse de cette transition est renforcée par son soi-disant “numéro d’occupation,” un effet connu sous le nom de stimulation bosonique. L’apparition de la stimulation bosonique dans les processus de diffusion de la lumière a été prédite pour la première fois il y a plus de trois décennies, mais l’observer directement dans des contextes expérimentaux s’est jusqu’à présent avéré difficile.

Des chercheurs du MIT-Harvard Center for Ultracold Atoms ont récemment observé une amélioration bosonique diffusion de la lumière dans un gaz ultrafroid pour la première fois. Leurs conclusions, publiées dans Physique naturellepourrait ouvrir de nouvelles possibilités passionnantes pour l’étude des systèmes bosoniques.

“Pour les bosons, le taux de transition vers un état quantique déjà occupé est augmenté par son nombre d’occupation : l’effet de la stimulation bosonique,” Yu-Kun Lu, l’un des chercheurs qui a mené l’étude, a déclaré à Phys.org.

“Alors que la stimulation bosonique a été observée sous diverses formes, la stimulation bosonique de la diffusion de la lumière a été prédite il y a plus de 30 ans, mais s’est avérée insaisissable pour observation directe. En termes simples, si l’on fait briller la lumière sur un gaz de Bose idéal de manière perturbative et que l’on observe une amélioration de la lumière diffusée à l’approche de la dégénérescence quantique, ce serait la preuve irréfutable de l’amélioration bosonique.”

Pour mener leur expérience, Lu et ses collègues ont préparé un nuage ultrafroid de 23Gaz Na à haute densité. Ils ont ensuite braqué une lumière dessus et mesuré le nombre de photons diffusés provenant du système.

Ils ont découvert que la diffusion des photons était déjà améliorée avant que le système ne passe à un condensat de Bose-Einstein (BEC). Cette amélioration, cependant, devient encore plus importante en dessous du point de transition de phase, ce qui est ce que la théorie prédit se produirait en présence d’une stimulation bosonique.

“Nous avons observé une amélioration de la diffusion de la lumière déjà au-dessus de la transition de phase BEC et une amélioration plus prononcée en dessous de la transition de phase,” Lu a expliqué. “En comparant les données avec la prédiction théorique, nous avons découvert que l’interaction entre les atomes peut également affecter la diffusion de la lumière, en particulier en dessous de la transition de phase. De plus, nous avons montré que pour un système multi-niveaux préparé dans un seul état interne, l’amélioration bosonique ne se produit que pour la diffusion Rayleigh mais pas pour la diffusion Raman.”

L’étude récente de Lu et ses collègues offre la première expérience de bosonic stimulation diffusion de la lumière atomique dans un gaz ultra-froid. Les observations de l’équipe démontrent clairement comment les statistiques quantiques et les interactions peuvent modifier les propriétés optiques d’un gaz de Bose.

“Comprendre l’interaction entre les statistiques quantiques, l’interaction et la transition de phase dans les processus de diffusion de la lumière n’est pas seulement d’un intérêt fondamental, mais est également crucial pour le diagnostic quantitatif des systèmes bosoniques à l’aide de méthodes optiques,” Lu a ajouté. “Dans nos travaux futurs, il serait prometteur d’étudier l’amélioration bosonique de la diffusion de la lumière dans un potentiel de boîte en raison de l’absence d’inhomogénéité de densité. Dans ce cas, l’effet d’amélioration sera plus important et l’étude de l’effet d’interaction sera plus simple.”

Dans leurs prochaines études, les chercheurs espèrent également utiliser la diffusion de la lumière pour caractériser les systèmes à fortes interactions, y compris les systèmes à fortes interactions dipolaires, anisotropes et à longue portée. Cela pourrait faire progresser la compréhension actuelle de ces systèmes à forte interaction, tout en fournissant des données expérimentales vitales qui pourraient aider à vérifier les prédictions théoriques.

Plus d’information:
Stimulation bosonique de la diffusion atome-lumière dans un gaz ultrafroid. Physique naturelle(2022). DOI : 10.1038/s41567-022-01846-y.

© 2023 Réseau Science X

Citation: La première stimulation bosonique expérimentale de la diffusion de la lumière atomique dans un gaz ultrafroid (16 janvier 2023) récupéré le 16 janvier 2023 sur https://phys.org/news/2023-01-experimental-bosonic-atom-light-ultracold- gaz.html

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