Pairing superbunching with compounded nonlinearity in a resonant transition

Σε αυτό το άρθρο, ο Γιώργος Μουλουδάκης, υποψήφιος διδάκτορας στο Τμήμα μας, και ο κ. Παναγιώτης Λαμπρόπουλος, Ομότιμος Καθηγητής του Τμήματός μας, μελετούν την απόκριση μη-γραμμικών ατομικών διαδικασιών ισχυρά́ αγομένων από κβαντισμένα ηλεκτρομαγνητικά́ πεδία διαφόρων κβαντικών καταστάσεων, αποκαλύπτοντας τον ρόλο που διαδραματίζουν οι διακυμάνσεις τους στην συμπεριφορά τέτοιων συστημάτων.

Από τις αρχές του ’60, είναι γνωστό ότι οποιαδήποτε μη-γραμμική διαδικασία αλληλεπίδρασης ύλης-φωτός δεν εξαρτάται μονάχα από την ένταση του φωτός αλλά και από τις ιδιότητες συσχέτισης φωτονίων του. Ένα πρότυπο παράδειγμα μιας τέτοιας μη-γραμμικής διαδικασίας είναι η ισχυρή αγωγή ενός ζεύγους δέσμιων καταστάσεων, η οποία οδηγεί στον διαχωρισμό κάθε μιας από αυτές σε μια διπλέτα καταστάσεων, ένα φαινόμενο γνωστό ως “Stark splitting”. Εάν η αγόμενη μετάβαση μεταξύ των δύο αυτών καταστάσεων είναι επιπλέον και πολυφωτονική, που είναι εκ φύσεως μια μη-γραμμική διαδικασία, τότε το σύστημα γίνεται “διπλά μη-γραμμικό”. Η ερώτηση που προκύπτει σε αυτήν την περίπτωση είναι το πώς ένα τέτοιο σύστημα ανταποκρίνεται στις κβαντικές διακυμάνσεις του αγόμενου πεδίου;

Εικόνα: “Stark splitting” διφωτονικής μετάβασης μοντελοποιημένης με παραμέτρους του Λιθίου. Ο υπολογισμός έγινε για διαφορετικές καταστάσεις του πεδίου ακτινοβολίας, με αυξανόμενη ένταση από το (a) στο (d). Όπως φαίνεται στο διάγραμμα, στην περίπτωση μη σύμφωνου φωτός δεν παρατηρείται διαχωρισμός σε διπλέτα, αλλά μια καμπύλη με μοναδικό μέγιστο, της οποίας το εύρος είναι ελαφρώς μικρότερο στην περίπτωση που άγουμε την διαδικασία με πεδίο συμπιεσμένου κενού από ότι στην περίπτωση χαοτικού φωτός.

Τα αποτελέσματα αυτής της εργασίας δείχνουν ότι εάν το αγόμενο πεδίο χαρακτηρίζεται από ιδιότητες σύζευξης ή υπερ-σύζευξης φωτονίων, όπως στην περίπτωση χαοτικού πεδίου ή πεδίου συμπιεσμένου κενού (squeezed vacuum), αντιστοίχως, η ισχυρή αγωγή μιας τέτοιας διπλά μη-γραμμικής διαδικασίας οδηγεί σε συμπεριφορά που αποκλίνει από την φυσική μας διαίσθηση για το σύστημα.

Αυτή η δουλειά ρίχνει φως στο ρόλο των διακυμάνσεων πεδίου σε εξαιρετικά μη-γραμμικές διαδικασίες, μια περιοχή προβλημάτων η οποία βιώνει αναγέννηση εξαιτίας της ταχείας ανάπτυξης πηγών συμπιεσμένης (squeezed) ακτινοβολίας υψηλής έντασης.

Επιστημονικό Άρθρο: “Pairing superbunching with compounded nonlinearity in a resonant transition”, G. Mouloudakis, P. Lambropoulos, Phys. Rev. A 102, 023713 – 20 August 2020