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Molecola dai fotoni

13.10.2013

Per la prima volta è stato possibile combinare i fotoni in una molecola - fino ad ora, anche teorizzare su questo argomento ha suscitato un acceso dibattito nella comunità scientifica. I fisici professor Mikhail Lukin di Harvard e il professor Vladan Vuletic del Massachusetts Institute of Technology (MIT) sono stati effettivamente in grado di creare una nuova forma di materia da particelle di luce. La scoperta degli scienziati contraddice decenni di saggezza convenzionale sulla natura della luce. È stato a lungo creduto che i fotoni siano particelle prive di massa che non interagiscono tra loro. In poche parole, due fasci di luce passano semplicemente l'uno attraverso l'altro. Tuttavia, le "molecole fotoniche" create dagli scienziati si comportano in modo molto diverso e, in teoria, rendono possibili cose finora incredibili, come la spada laser di Star Wars.

"La maggior parte delle proprietà della luce che conosciamo sono legate alla mancanza di massa dei fotoni e al fatto che non interagiscono tra loro", spiega Mikhail Lukin. "Abbiamo creato un tipo speciale di mezzo. In esso, i fotoni interagiscono tra loro così fortemente che "iniziano a comportarsi come se avessero massa. Di conseguenza, i fotoni sono legati insieme per formare molecole. Questo tipo di stato del fotone legato è stato suggerito dai teorici per un po' di tempo, ma non è stato ancora osservato».

Quando i fotoni interagiscono, si spingono l'uno contro l'altro e si deviano a vicenda. Cioè, la spada laser dei Jedi, un solido pilastro di luce, alla luce della scoperta degli scienziati, non sembra più una stupida nozione di fantascienza. Per costringere i fotoni senza massa "normali" a legarsi tra loro, Lukin ei suoi colleghi hanno pompato atomi di rubidio in una camera a vuoto e poi li hanno raffreddati con un laser a una temperatura di diversi gradi sopra lo zero assoluto. Successivamente, utilizzando impulsi laser estremamente deboli, i singoli fotoni sono stati inviati in una nuvola di atomi di rubito.

Quando il fotone entra nella nuvola di atomi freddi, la sua energia eccita gli atomi sul suo cammino, provocando un notevole rallentamento del fotone. L'energia del fotone viene trasferita da un atomo all'altro e il fotone la perde, ma alla fine vola fuori dalla nuvola, rimanendo lo stesso impulso di luce di prima di entrare nella nuvola.

Quando un fotone esce dalla nuvola, la sua identità viene preservata, come accade con un raggio di luce in un bicchiere d'acqua. Nel caso degli atomi di rubidio, questo processo è un po' più estremo: la luce rallenta notevolmente e perde molta più energia. Tuttavia, gli scienziati sono rimasti sorpresi da qualcos'altro: i fotoni sono usciti insieme dalla nuvola di atomi di rubidio, come una molecola. Come si formano queste "molecole" e perché nessuno ha ancora visto tali molecole?

L'effetto mediante il quale i fotoni vengono convertiti in una forma speciale di materia è chiamato blocco di Rydberg. Si basa sul fatto che quando un atomo è eccitato, gli atomi vicini non possono essere eccitati nella stessa misura. In pratica, questo significa che quando due fotoni volano in una nuvola di atomi, il primo fotone eccita l'atomo ed è costretto ad andare avanti prima che il secondo fotone ecciti un altro atomo vicino. In poche parole, i fotoni si tirano o si spingono a vicenda, cioè interagiscono tra loro come molecole, anche se indirettamente (attraverso gli atomi di rubidio). Tuttavia, quando i fotoni escono dalla nuvola, escono insieme, non come singoli fotoni.

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Notizie casuali dall'Archivio

Il generatore elettrico funziona ad attrito 25.07.2012

In uno studio finanziato dalla National Science Foundation, dal Dipartimento dell'Energia e dalla US Air Force, gli scienziati sono riusciti a sviluppare un originale generatore triboelettrico che produce elettricità dall'attrito di due superfici.

I ricercatori hanno scoperto un altro modo per raccogliere piccole quantità di elettricità catturando la carica elettrica prodotta dallo sfregamento di due diversi tipi di plastica. Un nuovo tipo di generatore può generare energia attraverso attività abituali come camminare. Può essere utilizzato anche in vari nanodispositivi e sensori di pressione autonomi a basso consumo energetico.

Il generatore triboelettrico è costituito da fogli di poliestere e polidimetilsilossano (PDMS). Quando i due fogli vengono strofinati, il poliestere dona elettroni e il PDMS li accetta. Questo crea un traferro che isola la carica sulla superficie del PDMS e genera un momento di dipolo. Di conseguenza, quando viene collegato un carico elettrico, viene generata una piccola corrente tra le due superfici. Se sfreghi costantemente le lastre di materiali l'una contro l'altra, il generatore genererà continuamente elettricità. La portata del nuovo dispositivo è ampliata dal fatto che il poliestere e il polidimetilsilossano hanno una trasparenza del 75%. Ciò consente di incorporare il nuovo generatore nella superficie del touch screen, che può così generare energia dal tocco delle dita dell'utente.

Gli scienziati hanno studiato varie microtessiture sulla superficie del nuovo generatore e hanno scoperto che le minuscole piramidi producevano la corrente più grande di circa 0,13 μA per centimetro quadrato a una tensione piuttosto elevata di 18 V.
Gli sviluppatori notano che la tecnologia di produzione del generatore triboelettrico è semplice ea basso costo, il che gli consente di essere ampliato fino alla produzione su larga scala e all'applicazione pratica. Allo stesso tempo, l'affidabilità del dispositivo è molto elevata: continua a generare energia dopo oltre 100 mila cicli.

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