Bo choć zdolność atomów do pochłaniania i reemitowania światła nie jest niczym zaskakującym, to już odzyskiwanie fotonów biorących udział w tych procesach stanowiło zgoła odmienną kwestię. W większości przypadków było to niemożliwe, ale przedstawiciele Uniwersytetu Technicznego w Wiedniu pokazali, jak to zmienić. To właśnie oni stoją za publikacją zamieszczoną na łamach Physical Review Letters.
Na potrzeby eksperymentu członkowie zespołu badawczego skorzystali z soczewki, dzięki której sprawili, że pojedynczy foton emitowany przez jeden atom może zostać ponownie pochłonięty przez drugi atom. Ten ostatni nie tylko pochłania foton, ale zarazem bezpośrednio zwraca go z powrotem do atomu numer jeden, co może przywodzić na myśl mecz tenisa stołowego.
Dlaczego do tej pory takie działania były rzadko spotykane? Z prostego powodu: gdy atom emituje foton w wolnej przestrzeni, to kierunek tej emisji jest w pełni losowy. W efekcie szansa na przyjęcie tego fotonu przez inny, oddalony od pierwszego atom, jest bardzo niska. Foton rozchodzi się jako fala, dlatego nie da się określić, w którym kierunku się porusza. W konsekwencji pochłonięcie go przez inny atom jest dziełem całkowitego przypadku.
Atomy odbijające między sobą fotony były do tej pory bardzo ograniczone w zakresie precyzyjnej realizacji tego zadania
W zamkniętych przestrzeniach wygląda to inaczej. Jak wyjaśniają autorzy, poprzez umieszczenie dwóch atomów w ogniskowych punktach elipsy da się kontrolować ruch fotonu, lecz wymagałoby to wysoce precyzyjnego rozstawienia tych atomów. Szukając wyjścia z sytuacji, naukowcy postawili na soczewkę zaprojektowaną przez Jamesa Clerka Maxwella. Zawiera ona przestrzennie zmieniający się współczynnik załamania światła.
O ile w powietrzu czy wodzie, czyli jednolitym ośrodku, światło porusza się po liniach prostych, tak za sprawą soczewki można je zaginać. W efekcie da się upewnić, iż wszystkie promienie pochodzące z jednego atomu dotrą do krawędzi soczewki po zakrzywionej ścieżce, gdzie dojdzie do ich odbicia i przesłania do konkretnego atomu. Takie podejście zapewnia zdaniem samych zainteresowanych wysoki stopień dokładności i zadowalającą wydajność.
Czytaj też: Zrobili z kubitami coś wielkiego w temperaturze pokojowej. To przełom, na jaki czekał cały świat fizyki
Członkowie zespołu badawczego mówią o wysokim stopniu pewności dotyczącym przenoszenia fotonu z jednego atomu do drugiego. Jak miałoby wyglądać to w praktyce? Najpierw atom powinien absorbować foton, by po chwili go reemitować. Później następuje zmiana, a atomy zamieniają się rolami. Foton wraca wtedy od atomu docelowego do tego, z którego został wysłany. Zwiększając liczbę atomów biorących udział w tym procesie można byłoby utorować drogę do praktycznych zastosowań, na przykład z zakresu badania efektów przy ekstremalnie silnej interakcji na linii światło-materia.
