Investigadores en el Reino Unido han realizado cálculos que muestran cómo se puede usar la "luz torcida" para manipular los átomos ultrafríos en un estado exótico de la materia llamado condensado de Bose-Einstein (BEC). Utilizando modelos teóricos, otorgar henderson y sus colegas de la Universidad de Strathclyde del Reino Unido descubrieron que los solitones de materia ligera podrían generarse a través de la interacción entre los frentes de onda de luz en forma de sacacorchos y los BEC.
Los BEC son un estado exótico de la materia, en el que un gas de átomos idénticos se enfría cerca del cero absoluto. Esto lleva a una gran fracción de los átomos al estado cuántico más bajo y, cuando esto ocurre, la física del gas se define mediante una función de onda macroscópica.
Una característica particularmente interesante de los BEC son los solitones, que son paquetes de ondas que mantienen su forma mientras viajan. Los solitones también se encuentran en una amplia gama de campos, incluidos la hidrodinámica, los materiales ferroeléctricos y los superconductores.
Un solitón óptico espacial ocurre cuando la difracción de la luz en un medio se equilibra cuidadosamente mediante el autoenfoque. El autoenfoque es un efecto no lineal en el que la propia luz cambia las propiedades ópticas del medio.
Dipolos retorcidos
En su estudio, el equipo de Henderson exploró un escenario más complejo. En lugar de un rayo láser convencional con una distribución de intensidad gaussiana, consideraron una luz "retorcida". Esta es luz con un frente de onda que gira alrededor de su eje de viaje como un sacacorchos. Estos haces llevan un momento angular orbital, lo que significa que pueden hacer girar dipolos eléctricos a escala atómica que encuentran en un medio.
El equipo calculó lo que sucedería cuando un haz de luz retorcida interactúe con los átomos de un BEC que se mueve en la misma dirección que la luz. Predicen que el efecto de autoenfoque haría que la luz retorcida se fragmentara en solitones. Dado que los átomos del BEC son atraídos por la luz de alta intensidad, los solitones ópticos “capturarían” los átomos. El resultado es la creación de paquetes de ondas de átomos de luz acoplados.
La luz se bifurca en un sentido en un condensado de Bose-Einstein
Los átomos en estos paquetes se retuercen a medida que se propagan, y el equipo descubrió que la cantidad de paquetes creados es igual al doble del momento angular orbital de la luz retorcida. La figura anterior, por ejemplo, muestra la creación de los cuatro solitones que se producirían cuando la luz con un momento angular orbital de dos interactúe con un BEC.
El descubrimiento presenta una nueva técnica simple para esculpir materia exótica en formas complejas y controlar cuidadosamente el transporte de átomos BEC. Henderson y sus colegas ahora proponen que el efecto podría aprovecharse en nuevas tecnologías cuánticas: incluidos detectores ultrasensibles y circuitos que usan átomos neutros para transportar corrientes.
La investigación se describe en Physical Review Letters.
