Los físicos hicieron que los fotones interactuaran con pares de átomos por primera vez

La humanidad avanza hacia el uso generalizado de tecnologías basadas en la física cuántica.

Pero para lograr esto, primero debesMaestro haciendo que la luz interactúe con la materia o, más precisamente, los fotones con los átomos. El campo de vanguardia de la electrodinámica cuántica de resonadores (QED) es responsable en cierta medida de estas tecnologías. Ahora ya se utiliza en redes cuánticas y procesamiento de información cuántica. Pero aún hay un largo camino por recorrer. Las interacciones actuales entre la luz y la materia se limitan a átomos individuales, lo que limita la capacidad humana para estudiarlos como sistemas complejos involucrados en tecnologías cuánticas.

En el nuevo trabajo, los investigadores utilizaronFermi gas (o ideal Fermi - gas Dirac). Es un gas formado por partículas que satisfacen las estadísticas de Fermi-Dirac, es decir, tienen una masa baja y una concentración alta. Por ejemplo, electrones en un metal. "En ausencia de fotones, el gas se puede producir en un estado en el que los átomos interactúan entre sí para formar pares débilmente acoplados", explica Jean-Philippe Brantou de la Escuela de Ciencias Básicas de la EPFL. "Cuando la luz incide en un gas, algunos de estos vapores se convierten en moléculas unidas químicamente, absorbidas por fotones".

El concepto clave detrás del nuevo efecto esque sucede "coherentemente". Esto significa que un fotón se absorbe para convertir un par de átomos en una molécula, luego se vuelve a emitir y así sucesivamente varias veces. “Esto significa que el sistema de para-fotones forma un nuevo tipo de estado de partícula, que llamamos“ polaritón-polaritón emparejado ”, explica el científico. "Esto se hizo posible en un sistema donde los fotones están confinados en un lugar, donde tienen que interactuar fuertemente con los átomos".

Los polaritones emparejados híbridos adquieren algunas de las propiedades de los fotones. Esto significa que se pueden medir por métodos ópticos. También adquieren algunas de las propiedades de un gas Fermi, concluyen los científicos.

“Algunas de las propiedades muy complejas del gasse convierten en propiedades ópticas que se pueden medir directamente, incluso sin perturbar el sistema. En el futuro, la tecnología será útil en química cuántica: los científicos han demostrado por primera vez cómo ciertas reacciones químicas pueden producirse de manera coherente utilizando fotones individuales.

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