Lichte en hoogfrequente akoestische geluidsgolven in een kleine glazen structuur kunnen sterk aan elkaar koppelen en een dans in de pas uitvoeren.

Een team van onderzoekers van Imperial College London, de Universiteit van Oxford, en het National Physical Laboratory hebben experimenteel een al lang bestaand doel bereikt om het zogenaamde "sterke koppelingsregime" tussen lichte en hoogfrequente akoestische trillingen aan te tonen.

Het onderzoek van het team zal gevolgen hebben voor de verwerking van klassieke en kwantuminformatie en zelfs voor het testen van kwantummechanica op grote schaal. De details van hun onderzoek worden vandaag gepubliceerd in het prestigieuze tijdschrift optiek .

Centraal in het onderzoek van het team staan ​​'fluistergalerij-modusresonanties', waarbij licht vele malen terugkaatst rond het oppervlak van een kleine ronde glazen structuur zoals weergegeven in de bovenstaande afbeelding.

Dit fenomeen is genoemd naar een effect dat in de negentiende eeuw werd waargenomen in de Sint-Pauluskathedraal, waar men langs de muur van het ronde galerijgebouw kon fluisteren en aan de andere kant gehoord kon worden.

"Het is fascinerend dat deze glazen ringresonatoren buitensporige hoeveelheden licht kunnen opslaan, die de moleculen in het materiaal kunnen 'schudden' en akoestische golven kunnen genereren, " zei co-auteur van het project Dr. Pascal Del'Haye van het National Physical Laboratory.

Terwijl het licht rond de omtrek van de glasstructuur circuleert, interageert het met een akoestische trilling van 11 GHz die ervoor zorgt dat het licht in de omgekeerde richting wordt verstrooid. Door deze interactie kan energie met een bepaalde snelheid worden uitgewisseld tussen licht en geluid. Echter, zowel de licht- als de geluidsvelden zullen afnemen door wrijvingsachtige processen, voorkomen dat de twee in de pas dansen.

Het team overwon deze uitdaging door gebruik te maken van twee van dergelijke fluister-galerij-modus resonanties en bereikte een koppelingssnelheid die groter is dan deze wrijving-achtige processen, waardoor de handtekeningen van de licht-klankdans kunnen worden waargenomen.

Hoofdauteur van het project, Georg Enzian aan de Universiteit van Oxford, zei:"Het bereiken van dit regime van sterke koppeling was een spannend moment voor ons." Professor Ian Walmsley, co-auteur van het project, en provoost van Imperial College London, zei:"Ik ben enthousiast over de vooruitzichten op korte en langere termijn voor dit nieuwe experimentele platform."

Vooruit kijken, het team bereidt nu de volgende generatie van deze experimenten voor die zullen werken bij temperaturen dicht bij het absolute nulpunt. "Hierdoor kan zeer gevoelig kwantummechanisch gedrag worden onderzocht en gebruikt voor de ontwikkeling van kwantumtechnologieën, " zei hoofdonderzoeker van het project, Dr. Michael Vanner van het Quantum Measurement Lab aan het Imperial College London.