Les électrons à l'intérieur d'un atome tournent autour du noyau comme des satellites autour de la Terre, occupant des orbites déterminées par la physique quantique. La lumière peut booster un électron vers un autre, orbite plus énergique, mais ce haut ne dure pas éternellement. À un moment donné, l'électron excité se détendra vers son orbite d'origine, provoquant l'émission spontanée par l'atome d'une lumière que les scientifiques appellent fluorescence.

Les scientifiques peuvent jouer des tours avec l'environnement d'un atome pour modifier le temps de relaxation des électrons de haut vol, qui dicte alors le taux de fluorescence. Dans une nouvelle étude, des chercheurs du Joint Quantum Institute ont observé qu'un minuscule fil de verre, appelée nanofibre optique, a eu un impact significatif sur la vitesse à laquelle un atome de rubidium libère de la lumière. La recherche, qui est apparu comme une suggestion de l'éditeur dans Examen physique A , ont montré que la fluorescence dépendait de la forme de la lumière utilisée pour exciter les atomes lorsqu'ils étaient à proximité de la nanofibre.

"Les atomes sont un peu comme des antennes, absorber la lumière et la renvoyer dans l'espace, et tout ce qui se trouve à proximité peut potentiellement affecter ce processus radiatif, " dit Pablo Solano, l'auteur principal de l'étude et un étudiant diplômé de l'Université du Maryland au moment où cette recherche a été effectuée.

Pour sonder comment l'environnement affecte ces antennes atomiques, Solano et ses collaborateurs entourent une nanofibre d'un nuage d'atomes de rubidium. Les nanofibres sont des conduits sur mesure qui permettent à une grande partie de la lumière de voyager à l'extérieur de la fibre, l'amélioration de ses interactions avec les atomes. Les atomes les plus proches de la nanofibre, à moins de 200 nanomètres, ont le plus ressenti sa présence. Une partie de la fluorescence des atomes dans cette région a frappé la fibre et a rebondi vers les atomes dans un échange qui a finalement modifié la durée pendant laquelle l'électron d'un atome de rubidium est resté excité.

Les chercheurs ont découvert que la durée de vie des électrons et les émissions atomiques ultérieures dépendaient des caractéristiques d'onde de la lumière. Les ondes lumineuses oscillent pendant leur voyage, parfois ondulant comme un serpent de sidewinder et d'autres fois en tire-bouchon comme un brin d'ADN. Les chercheurs ont vu que pour certaines formes de lumière, l'électron s'attardait à l'état excité, et pour les autres, il a fait une sortie plus abrupte.

"Nous avons pu utiliser les propriétés d'oscillation de la lumière comme une sorte de bouton pour contrôler l'activation de la fluorescence atomique à proximité de la nanofibre, " dit Solano.

À l'origine, l'équipe avait pour objectif de mesurer les effets de la nanofibre sur les atomes, et comparer les résultats aux prédictions théoriques pour ce système. Ils ont trouvé des désaccords entre leurs mesures et les modèles existants qui intègrent de nombreux détails complexes de la structure interne du rubidium. Cette nouvelle recherche brosse un tableau plus simple des interactions atome-fibre, et l'équipe affirme que davantage de recherches sont nécessaires pour comprendre les écarts.

"Nous pensons que ce travail est une étape importante dans la quête en cours pour une meilleure compréhension de l'interaction entre la lumière et les atomes à proximité d'une structure de guidage de la lumière à l'échelle nanométrique, comme la nanofibre optique que nous avons utilisée ici, " déclare William Phillips, membre du JQI et scientifique du NIST, qui est également l'un des chercheurs principaux de l'étude.