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Reinventare il laser: Le nuove teorie sfidano 60 anni di comprensione comune

March 1, 2021

Secondo uno studio pubblicato nella fisica della natura del giornale, il lavoro di due gruppi indipendenti dei fisici ha sfidato 60 anni di consenso prevalente sui laser.

 

Da quando il primo laser è stato inventato negli anni 50, i fisici stanno costruendo i laser basati sui limiti meccanici di quantum sulla purezza dei loro colori. Il laser, breve per «l'amplificazione leggera da emissione stimolata di radiazione,» funziona generando una copia del segnale originale quando i fotoni della stessa frequenza sono sparati dentro per eccitare gli atomi.

 

Nel nuovo studio teorico, due gruppi dei fisici propongono una soluzione per aggirare questa limitazione di lunga durata.

 

I laser già hanno applicazioni pratiche nella vita di tutti i giorni, come la correzione della visione, indicare i codici a barre in drogherie, incidere dei chip di computer, la trasmissione dei file video dalla luna e contribuire ad azionare l'auto-azionamento delle automobili. Le scoperte recenti hanno potuto aggiungere i laser monocromatici a questa lista e finalmente usarle per le applicazioni come computazione di quantum.

 

I fotoni nella propagazione del laser in sintonia con a vicenda, espellendo il laser alla stessa fase -- un allineamento ha chiamato «nella fase» dagli scienziati. Messo semplicemente, ogni fotone è come un'onda, con i suoi picchi e depressioni stati allineati rispetto alle onde vicine.

 

Per raggiungere un laser monocromatico, i fotoni hanno bisogno di un periodo maggiore sincronizzare, che significa che le loro lunghezze d'onda devono essere state allineate precisamente. La lunghezza d'onda determina il colore della sorgente luminosa. Per esempio, la lunghezza d'onda di luce verde è fra 500 e 550 nanometri.

La sincronizzazione suddetta dei fotoni del laser è chiamata la coerenza temporale e questa frequenza ultrarapida e stabile assicura che i dispositivi del laser possano essere utilizzati per gli strumenti di precisione.

 

Il problema con i laser tradizionali, tuttavia, è che i fotoni cadono gradualmente da sincronizzazione mentre lasciano il laser ed il tempo che restano nella sincronizzazione è conosciuto come il periodo della coerenza del laser.

 

Secondo le leggi di fisica, gli scienziati Arthur Schawlow e Charles Townes hanno stimato il periodo della coerenza di un laser altamente d'esecuzione nel 1958. Ciò è stato conosciuta come il limite di Schawlow-Townes e si è trasformato nel punto di riferimento per i laser di sviluppo per le decadi.

«In linea di principio, dovremmo potere fare i laser molto più coerenti.» David Pekker, un ricercatore del cavo saied.

 

Un gruppo dei ricercatori principali dal fisico David Peck dell'università di Pittsburgh sta sfidando questa teoria di lunga durata. Sostengono che «il limite di Sholow-Townes» non è l'ultimo limite. La loro ipotesi di base è di potere sviluppare i laser che sono costretti «dal limite di Sholow-Townes» ma è più coerente.

 

Invece di pensiero al laser come scatola vuota con luce in, dove i fotoni ripiegano e lasciano ad un tasso proporzionale alla quantità di luce nella scatola, l'ultima ricerca propone una valvola sul laser per controllare la velocità a cui i fotoni scorrono. Questi fisici ritengono questo permetta che il laser sia coerente per molto più tempo che precedentemente abbia pensato.

 

Sebbene il gruppo di ricerca credi che le stime di Townes e di Sholow della coerenza del laser siano allora ragionevoli, la tecnologia di quantum ora ha permesso ai fisici più ulteriormente di raffinare il metrico.

Alcuni critici del lavoro recente, tuttavia, dicono che la progettazione non può essere adatta ad applicazioni commerciali. Sebbene sembri ragionevole nella teoria, fa non adatto ad applicazione commerciale pratica. Faccia un esempio come i produttori correnti del laser, la maggior parte di loro non usano «il limite di Sholow-Townes» per guidare le loro progettazioni.

 

Ciò nonostante, il gruppo del bacetto è sicuro che introdurrà la sua nuova progettazione del laser nelle nostre vite. Il loro scopo è di costruire un Maser, per il quantum che programma in un computer di quantum fatto dei circuiti superconduttori. Tenga presente, tuttavia, che così sforzo ambizioso può richiedere gli anni di ricerca a lungo termine e molti grandi di problemi da risolvere.

 

Questa ultima ricerca può ridefinire che mezzi del laser, secondo una revisione tra pari. Come il laser superradiant, che è stato inventato nel 2012, la progettazione contraddice la definizione tradizionale di un laser. Non producono la luce con che cosa è conosciuto come emissione stimolata, in modo da «la s» e «la e» nell'acronimo «laser» non sono più appropriate.