Även om mycket forskning har studerat hastigheterna på fotoner som flyr från kalla atomgaser, dessa studier har använt en skalär beskrivning av ljus och lämnar några av dess egenskaper otestade. I en ny artikel publicerad i EPJ B Louis Bellando, postdoktor vid LOMA, University of Bordeaux, Frankrike, och hans medförfattare - Aharon Gero och Eric Akkermans, Technion-Israel Institute of Technology, Israel, och Robin Kaiser, Université Côte d'Azur, Frankrike - syftar till att numeriskt undersöka rollerna för kooperativa effekter och störningar i fotonflykt från en kall atomgas för att konstruera en modell som tar hänsyn till ljusets vektoriska karaktär. Således, studien redogör för ljusets egenskaper, tidigare försummat.

"Vår studie fokuserar på ljusutbredning i kalla atomgaser, där atomer knappast rör sig. På väg ut ur gasen, fotoner genomgår multipel spridning av atomerna, "Säger Bellando." Grovt sagt, ju större antal dessa spridningshändelser - desto längre tid tar det fotonerna att lämna gasen, och därmed ju mindre deras flyktfrekvenser. Denna klassiska beskrivning passar till den så kallade strålningsinfångningen, som inträffar, till exempel, när ljuset genomgår en slumpmässig promenad i ett glas mjölk. "

När man tar hänsyn till störningar och kvantmekaniska effekter, två mekanismer påverkar dessa flyktfrekvenser:Anderson -lokalisering som härrör från störningseffekter i närvaro av störning, och Dickes överstrålning-kooperativa effekter som härrör från ljusmedierade interaktioner mellan atomerna.

Numeriskt studerade fotonflykt från ett tredimensionellt moln av kalla atomer gjorde att laget kunde överväga om det fanns några markanta skillnader mellan beteendet i det enkla skalärfallet-vilket gav ett enda värde till varje punkt i en region-och den mer komplexa vektorn fall som tilldelar storlek och riktning till varje punkt i ett visst område.

En av de största överraskningarna som forskarna stötte på när de samlade sina resultat var hur väl vektorfältobservationer överensstämde med skalarfältstester. "Förvånande, vi fann ingen signifikant skillnad mellan skalär- och vektormodellerna, och i båda fallen, den dominerande mekanismen var kooperativitet, "säger Bellando." Nu vet vi att skalarmodellen utgör en utmärkt approximation när man överväger fotonflykt från atomgaser. "

Eftersom skalärmodellen är mycket enklare än den vektoriella, likheten mellan de två innebär att modellerna för fotonflykt kan använda skalfält snarare än vektorfält utan risk att förlora väsentlig information.

"Interaktion mellan ljus och materia är ett spännande forskningsområde, både teoretiskt och experimentellt, "Bellando avslutar." Framsteg inom detta område kan ha en betydande inverkan på andra framväxande områden, till exempel kvantberäkning. "