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I fisici creano una nuova trappola ottica: la prima prova della localizzazione di onde al di fuori dello spettro della “trappola” di Anderson

Luce legata: i fisici sono stati in grado di catturare la luce con l’aiuto di un nuovo tipo di trappola, dimostrando così un effetto fisico che non è stato dimostrato sperimentalmente. In questo caso, la struttura speciale impedisce la propagazione dell’onda, sebbene lo spettro luminoso si trovi al di fuori dell’intervallo spettrale del pattern di interferenza. In precedenza non era chiaro se la catena leggera fosse possibile anche con la cosiddetta localizzazione di Anderson di un tale gruppo – e questo è stato ora dimostrato.

Fenomeni come la rifrazione e la diffrazione della luce mostrano che la luce e altre radiazioni possono essere influenzate da determinati materiali. Tali interazioni possono cambiare la direzione, la fase, la polarizzazione o la lunghezza d’onda della luce. In speciali metamateriali e cristalli fotonici, i fisici sono persino riusciti a bloccare la luce fermare o la velocità del suo sviluppo All’infinito Accelerare.

Localizzazione di Anderson: onde fisse

Un altro modo per gestire la luce e altre onde è la cosiddetta localizzazione di Anderson. Si basano su una previsione teorica fatta dal fisico americano Philip Anderson nel 1958. Secondo questo, l’effetto dirompente di alcune strutture – i cosiddetti sistemi turbolenti – può interrompere improvvisamente il movimento libero di elettroni e altre particelle quantistiche. Nel caso degli elettroni, questo trasforma improvvisamente un conduttore in un isolante.

Da allora, questa localizzazione di Anderson è stata dimostrata anche per varie forme di radiazioni e onde sonore. Tuttavia, sembra esserci una limitazione: queste trappole d’onda funzionano solo se la dimensione del reticolo della struttura manipolata corrisponde allo spettro e quindi alla lunghezza d’onda della radiazione. “Sperimentalmente, la localizzazione di Anderson è sempre stata limitata alla gamma spettrale del disturbo”, spiegano Alex Dikoboltsev del Technion di Haifa e colleghi.

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Questo è possibile anche per la trappola “invisibile”?

Ma i fisici ora hanno infranto quel limite: hanno dimostrato che anche le strutture “invisibili” della luce, poiché si trovano al di fuori del suo spettro, possono captare le onde. Dikoboltsev e il suo team lo avevano già previsto in teoria nel 2019 e ora, insieme ai colleghi dell’Università di Rostock, sono anche riusciti a dimostrarlo sperimentalmente.

Per il loro esperimento, i fisici hanno prima costruito una struttura fotonica che agisce come un sistema perturbativo, una trappola luminosa. “Per fare ciò, abbiamo interconnesso chilometri di fibre di vetro ottico in modo tale che la propagazione della luce in queste fibre simuli il movimento degli elettroni nei materiali irregolari”, spiega il coautore Sebastian Weidmann dell’Università di Rostock. I ricercatori hanno quindi inviato fasci di radiazioni attraverso questo sistema, il cui numero d’onda era significativamente superiore o inferiore alla dimensione spettrale della struttura interferente.

Dimostrazione empirica riuscita

Il risultato: “Possiamo vedere chiaramente che le onde luminose sono confinate in piccole regioni spaziali anche se la turbolenza è praticamente invisibile per loro”, riferisce Weidemann. I raggi d’onda sono stati mantenuti in posizione, mostrando una chiara evidenza della localizzazione di Anderson. “Abbiamo dimostrato sperimentalmente per la prima volta che la localizzazione di Anderson può verificarsi completamente al di fuori della gamma spettrale del disturbo”, affermano i fisici.

Secondo la loro analisi, questo nuovo effetto si ottiene attraverso transizioni virtuali: “Interagendo più volte di seguito con la turbolenza quasi invisibile delle onde luminose, può sorgere un effetto inaspettatamente forte che spinge anche queste onde luminose alla localizzazione di Anderson”, spiega Dikoboltsev . “Di conseguenza, le onde di qualsiasi numero d’onda, anche al di fuori dello spettro di turbolenza, possono sperimentare la localizzazione di Anderson”.

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Importante anche per applicazioni pratiche

Questi risultati non solo ampliano le conoscenze sulla propagazione delle onde nei sistemi turbolenti, ma sono anche importanti per applicazioni tecniche concrete. Perché porta a nuove possibilità per sopprimere selettivamente le correnti attraverso questi sistemi turbolenti, indipendentemente dal fatto che siano luce, suono o elettroni. (Progressi della scienza, 2022; doi: 10.1126/sciadv.abn7769)

Fonte: Università di Rostock