Elektronen in een atoom zwiepen rond de kern als satellieten rond de aarde, banen innemen bepaald door de kwantumfysica. Licht kan een elektron naar een ander, meer energetische baan, maar die high duurt niet eeuwig. Op een gegeven moment zal het aangeslagen elektron terug ontspannen in zijn oorspronkelijke baan, waardoor het atoom spontaan licht uitstraalt dat wetenschappers fluorescentie noemen.

Wetenschappers kunnen trucjes uithalen met de omgeving van een atoom om de ontspanningstijd voor hoogvliegende elektronen aan te passen. die vervolgens de snelheid van fluorescentie dicteert. In een nieuwe studie, onderzoekers van het Joint Quantum Institute merkten op dat een klein draadje glas, een optische nanovezel genoemd, had een significante invloed op hoe snel een rubidiumatoom licht afgeeft. Het onderzoek, die verscheen als suggestie van een redacteur in Fysieke beoordeling A , toonde aan dat de fluorescentie afhing van de vorm van het licht dat werd gebruikt om de atomen te exciteren wanneer ze zich in de buurt van de nanovezel bevonden.

"Atomen zijn een soort antennes, licht absorberen en terug de ruimte in sturen, en alles wat in de buurt zit kan mogelijk dit stralingsproces beïnvloeden, " zegt Pablo Solano, de hoofdauteur van het onderzoek en een afgestudeerde student van de Universiteit van Maryland op het moment dat dit onderzoek werd uitgevoerd.

Om te onderzoeken hoe de omgeving deze atoomantennes beïnvloedt, Solano en zijn medewerkers omringen een nanovezel met een wolk van rubidium-atomen. Nanovezels zijn op maat gemaakte leidingen die veel van het licht doorlaten aan de buitenkant van de vezel, de interactie met atomen te verbeteren. De atomen die zich het dichtst bij de nanovezel bevinden - binnen 200 nanometer - voelden zijn aanwezigheid het meest. Een deel van de fluorescentie van atomen in dit gebied raakte de vezel en kaatste terug naar de atomen in een uitwisseling die uiteindelijk veranderde hoe lang het elektron van een rubidium-atoom opgewonden bleef.

De onderzoekers ontdekten dat de levensduur van het elektron en de daaropvolgende atoomemissies afhankelijk waren van de golfkarakteristieken van het licht. Lichtgolven oscilleren terwijl ze reizen, soms glibberend als een zijwindslang en soms kurkentrekkerig als een DNA-streng. De onderzoekers zagen dat voor bepaalde lichtvormen het elektron in de aangeslagen toestand bleef hangen, en voor anderen, het maakte een meer abrupte exit.

"We waren in staat om de oscillatie-eigenschappen van licht te gebruiken als een soort knop om te bepalen hoe atomaire fluorescentie in de buurt van de nanovezel werd ingeschakeld, ' zegt Solano.

Het team was oorspronkelijk bedoeld om de effecten te meten die de nanovezel had op atomen, en vergelijk de resultaten met theoretische voorspellingen voor dit systeem. Ze vonden onenigheid tussen hun metingen en bestaande modellen die veel van de complexe details van de interne structuur van rubidium bevatten. Dit nieuwe onderzoek schetst een eenvoudiger beeld van de atoom-vezelinteracties, en het team zegt dat er meer onderzoek nodig is om de discrepanties te begrijpen.

"Wij geloven dat dit werk een belangrijke stap is in de voortdurende zoektocht naar een beter begrip van de interactie tussen licht en atomen in de buurt van een lichtgeleidende structuur op nanoschaal, zoals de optische nanovezel die we hier gebruikten, " zegt JQI Fellow en NIST-wetenschapper William Phillips, die ook een van de hoofdonderzoekers van het onderzoek is.