Elektroner inuti en atom piskar runt kärnan som satelliter runt jorden, ockuperande banor bestämda av kvantfysik. Ljus kan öka en elektron till en annan, mer energisk bana, men det höga håller inte för evigt. Någon gång kommer den upphetsade elektronen att slappna av till sin ursprungliga bana, orsakar atomen att spontant avge ljus som forskare kallar fluorescens.

Forskare kan spela trick med en atoms omgivning för att justera avkopplingstiden för högflygande elektroner, som sedan dikterar fluorescenshastigheten. I en ny studie, forskare vid Joint Quantum Institute observerade att en liten glastråd, kallas en optisk nanofiber, hade en betydande inverkan på hur snabbt en rubidiumatom släpper ut ljus. Forskningen, som dök upp som ett redaktörsförslag i Fysisk granskning A , visade att fluorescensen berodde på ljusets form som används för att excitera atomerna när de var nära nanofibern.

"Atomer är ungefär som antenner, absorberar ljus och avger det tillbaka ut i rymden, och allt som sitter i närheten kan potentiellt påverka denna strålande process, "säger Pablo Solano, huvudförfattaren på studien och en University of Maryland doktorand vid den tidpunkt då denna forskning utfördes.

För att undersöka hur miljön påverkar dessa atomantenner, Solano och hans medarbetare omger en nanofiber med ett moln av rubidiumatomer. Nanofibrer är skräddarsydda ledningar som gör att mycket av ljuset kan färdas på utsidan av fibern, förbättrar dess interaktioner med atomer. Atomerna närmast nanofibern - inom 200 nanometer - kände mest av sin närvaro. En del av fluorescensen från atomer i denna region träffade fibern och studsade tillbaka till atomerna i ett utbyte som i slutändan ändrade hur länge en rubidiumatoms elektron stannade upphetsad.

Forskarna fann att elektronens livslängd och efterföljande atomutsläpp berodde på ljusets vågegenskaper. Ljusvågor svänger när de reser, ibland slingrar som en sidovindarorm och andra gånger korkskruvning som en DNA -sträng. Forskarna såg att elektronen för vissa ljusformer dröjde kvar i upphetsat tillstånd, och för andra, det gjorde en mer abrupt utgång.

"Vi kunde använda ljusets oscillationsegenskaper som ett slags vred för att styra hur atomfluorescens nära nanofibern slogs på, "Säger Solano.

Teamet bestämde ursprungligen att mäta effekterna av nanofibern på atomer, och jämföra resultaten med teoretiska förutsägelser för detta system. De fann oenigheter mellan deras mätningar och befintliga modeller som innehåller många av de komplexa detaljerna i rubidiums inre struktur. Denna nya forskning ger en enklare bild av atom-fiber-interaktioner, och teamet säger att mer forskning behövs för att förstå avvikelserna.

"Vi tror att detta arbete är ett viktigt steg i den pågående strävan efter en bättre förståelse av samspelet mellan ljus och atomer nära en nanoskala ljusstyrande struktur, som den optiska nanofiber som vi använde här, "säger JQI Fellow och NIST -forskaren William Phillips, som också är en av de ledande utredarna i studien.