Hoewel er veel onderzoek is gedaan naar de snelheden van fotonen die ontsnappen uit koude atomaire gassen, deze studies hebben een scalaire beschrijving van licht gebruikt, waardoor sommige eigenschappen niet zijn getest. In een nieuw artikel gepubliceerd in EPJ B Louis Bellando, een postdoctoraal onderzoeker bij LOMA, Universiteit van Bordeaux, Frankrijk, en zijn co-auteurs - Aharon Gero en Eric Akkermans, Technion-Israël Instituut voor Technologie, Israël, en Robin Keizer, Université Côte d'Azur, Frankrijk - streven naar numeriek onderzoek naar de rol van coöperatieve effecten en wanorde in de ontsnappingssnelheden van fotonen uit een koud atomair gas om een ​​model te construeren dat rekening houdt met de vectoriële aard van licht. Dus, de studie houdt rekening met eigenschappen van licht, eerder verwaarloosd.

"Onze studie richt zich op de voortplanting van licht in koude atomaire gassen, waarin atomen nauwelijks bewegen. Op hun weg van het gas, fotonen ondergaan meerdere verstrooiing door de atomen, "zegt Bellando. "In grote lijnen hoe groter het aantal van deze verstrooiingsgebeurtenissen - hoe langer het duurt voordat de fotonen het gas verlaten, en dus hoe kleiner hun ontsnappingspercentages. Deze klassieke beschrijving past bij de zogenaamde stralingsvangst, die zich voordoet, bijvoorbeeld, wanneer licht een willekeurige wandeling in een glas melk ondergaat."

Wanneer rekening wordt gehouden met interferentie en kwantummechanische effecten, twee mechanismen beïnvloeden deze ontsnappingspercentages:Anderson-lokalisatie als gevolg van interferentie-effecten in de aanwezigheid van wanorde, en Dicke's superradiance-coöperatieve effecten die voortkomen uit door licht gemedieerde interacties tussen de atomen.

Door numeriek de ontsnappingssnelheden van fotonen uit een driedimensionale wolk van koude atomen te bestuderen, kon het team nagaan of er duidelijke verschillen waren tussen het gedrag in het eenvoudige scalaire geval - een enkele waarde gevend aan elk punt in een regio - en de meer complexe vector geval dat grootte en richting toewijst aan elk punt in een bepaald gebied.

Een van de grootste verrassingen die de onderzoekers tegenkwamen toen ze hun resultaten verzamelden, was hoe goed vectorveldobservaties overeenkwamen met scalaire veldtests. "Verrassend genoeg, we vonden geen significant verschil tussen de scalaire en vectoriële modellen, en in beide gevallen het dominante mechanisme was coöperatie, " zegt Bellando. "Nu weten we dat het scalaire model een uitstekende benadering vormt als we kijken naar de ontsnappingssnelheden van fotonen uit atomaire gassen."

Omdat het scalaire model veel eenvoudiger is dan het vectoriële model, de overeenkomst tussen de twee betekent dat in het geval van foton ontsnappingssnelheden modellen scalaire velden kunnen gebruiken in plaats van vectorvelden zonder het risico substantiële informatie te verliezen.

"Licht-materie interactie is een spannend onderzoeksgebied, zowel theoretisch als experimenteel, "Besluit Bellando. "Vooruitgang op dit gebied kan een aanzienlijke impact hebben op andere opkomende gebieden, zoals kwantumcomputers."