Alors que de nombreuses recherches ont étudié les taux de photons s'échappant des gaz atomiques froids, ces études ont utilisé une description scalaire de la lumière laissant certaines de ses propriétés non testées. Dans un nouvel article publié dans EPJ B Louis Bellando, chercheur post-doctorant au LOMA, Université de Bordeaux, La France, et ses coauteurs—Aharon Gero et Eric Akkermans, Technion-Israel Institute of Technology, Israël, et Robin Kaiser, Université Côte d'Azur, France—viser à étudier numériquement les rôles des effets coopératifs et du désordre dans les taux d'échappement des photons d'un gaz atomique froid pour construire un modèle qui considère la nature vectorielle de la lumière. Ainsi, l'étude rend compte des propriétés de la lumière, auparavant négligé.

"Notre étude porte sur la propagation de la lumière dans les gaz atomiques froids, dans lequel les atomes se déplacent à peine. En sortant du gaz, les photons subissent une diffusion multiple par les atomes, " dit Bellando. " En gros, plus le nombre de ces événements de diffusion est grand, plus il faut de temps aux photons pour quitter le gaz, et donc plus leurs taux d'évasion sont faibles. Cette description classique correspond à ce qu'on appelle le piégeage du rayonnement, qui se produit, par exemple, quand la lumière subit une marche aléatoire dans un verre de lait."

En tenant compte des interférences et des effets de la mécanique quantique, deux mécanismes affectent ces taux d'échappement :la localisation d'Anderson résultant d'effets d'interférence en présence de désordre, et la superradiance de Dicke, les effets coopératifs résultant des interactions médiées par la lumière entre les atomes.

L'étude numérique des taux d'échappement des photons à partir d'un nuage tridimensionnel d'atomes froids a permis à l'équipe de déterminer s'il y avait des différences marquées entre le comportement dans le cas scalaire simple - donnant une valeur unique à chaque point d'une région - et le vecteur plus complexe cas qui attribue une magnitude et une direction à chaque point d'une zone donnée.

L'une des plus grandes surprises rencontrées par les chercheurs lors de la collecte de leurs résultats a été de savoir dans quelle mesure les observations de champ vectoriel concordaient avec les tests de champ scalaires. "Étonnamment, nous n'avons trouvé aucune différence significative entre les modèles scalaire et vectoriel, et dans les deux cas, le mécanisme dominant était la coopérativité, " dit Bellando. " Maintenant, nous savons que le modèle scalaire constitue une excellente approximation lorsque l'on considère les taux d'échappement des photons des gaz atomiques. "

Parce que le modèle scalaire est beaucoup plus simple que le modèle vectoriel, la similitude entre les deux signifie que dans le cas des taux d'échappement des photons, les modèles peuvent utiliser des champs scalaires plutôt que des champs vectoriels sans risquer de perdre des informations substantielles.

"L'interaction lumière-matière est un domaine de recherche passionnant, à la fois théoriquement et expérimentalement, " conclut Bellando. " Les avancées dans ce domaine peuvent avoir un impact significatif sur d'autres domaines émergents, comme l'informatique quantique."