Un gruppo di scienziati statunitensi ha dimostraro che un impulso di luce può essere fermato, trasportato e fatto ripartire di nuovo usando una nuvola di atomi super-raffreddati. La tecnica potrebbe risultare utile per costruire dispositivi avanzati di calcolo o rivelatori di gravità.

Gli esperimenti dimostrano la crescente abilità dei fisici a manipolare la luce. Secondo i ricercatori, la capacità di controllare la luce in questo modo potrebbe essere utile per computer ottici e quantistici.

“La prima volta che ho letto la notizia non ci potevo credere,” dice Michael Fleischhauer, un fisico teorico dell’Università di Kaiserslautern in Germania. “Anche sappiamo che è possibile in teoria, realizzarlo veramente è tutt’altra cosa.”

Lena Hau, Naomi Ginsberg e Sean Garner dell’Harvard University (USA) hanno usato un metodo sviluppato nel 2001 per imprimere un impulso laser su una nuvola di atomi di sodio raffreddati a una temperatura poco sopra lo zero assoluto. In queste condizioni gli atomi si trovano in uno stato di materia chiamato condensato di Bose-Einstein.

Quando l’impulso raggiunge gli atomi le sue caratteristiche vengono trasferite in piccole oscillazioni di carica positiva e negativa. Le oscillazioni hanno durata breve, ma un lasaer di controllo riesce a trasformarle in particolari stati di spin a lunga durata in alcuni degli atomi.

Quando il laser di controllo viene spento, gli atomi si spostano a causa di un effetto di rinculo, trasportando le informazioni dell’impulso originario. Altri esperimenti avevano dimostrato che riaccendendo il laser di controllo, prima che gli atomi si siano spostati troppo lontano, si riesce a recuperare l’impulso di luce.

Hau e colleghi hanno posizionato un altro condensato di Bose-Einstein a 160 micrometri dal primo. Hanno poi lasciato allontanare gli atomi eccitati del primo condensato, e li hanno quindi irraggiati con il laser di controllo. È stato infine ricostruito l’impulso di luce originale, un processo che dipende dalla presenza di atomi eccitati e non eccitati. L'esperimento è descritto in una simulazione.

Questa è la prima dimostrazione di uno dei principi fondamentali della meccanica quantistica, chiamato indistinguibilità, spiega Fleischhauer. Nel’esperimento di Harvard, la natura indistinguibile degli atomi nei due condensati di Bose-Einstein permette di recuperare l’impulso di luce originale. L’onda quantistica è la stessa in qualunque nuvola di atomi si trovi.

L’esperimento “coinvolge molti aspetti del trattamento dell’informazione classico e quantistico,” scrive il gruppo di Harvard sulla rivista “Nature”. “Quando un atomo messaggero dell’impulso che incarna la luce incidente viaggia nello spazio libero, può essere intrappolato indipendentemente, anche per interi minuti”.

Fleischhauer concorda: “Si può immaginare una rete nella quale i fotoni vengono usati per trasferire informazioni, prima che l’informazione stessa venga immagazzinata negli atomi.” Lo scienziato ha anche detto a “New Scientist” che potrebbe addirittura essere possibile trasportare singoli fotoni usando singoli atomi. “Sarebbe stupefacente da vedere e permetterebbe un sistema di trattamento delle informazioni molto più rapido,’ conclude.

Tom Simonite