¿Cómo debo interpretar un artículo sobre la ralentización y compresión de la luz?

Question

He encontrado un artículo describiendo un método que permitía que la luz fuera " ralentizado y comprimido "... Eso suena muy extraño, lo que me hizo buscar en Google y encontrar este PDF documento. Sin embargo, para mí, éste es demasiado complicado de entender dados mis conocimientos de inglés. También hay un artículo Luz lenta en la wikipedia, pero no estoy seguro de que esté relacionado con los textos anteriores.

Primero pensé que la luz es absorbida y liberada más tarde, pero ninguno de los textos sugiere algo así.

¿Podría alguien decirme cómo debo interpretar esta información?

Editar: También parece haber una pregunta relacionada Sin embargo, éste parece utilizar el método de reemisión del que he hablado.

Answer 1

El artículo de los medios de comunicación populares describe este documento de la PRL

http://arxiv.org/abs/physics/0701297
http://prl.aps.org/abstract/PRL/v98/i4/e043902
Retraso óptico de imágenes con luz lenta

por Ryan M. Camacho, Curtis J. Broadbent, Irfan Ali-Khan, John C. Howell. Compruebe la versión arXiv que hay la imagen "UR" en la última página del documento.

El logro es que los pulsos ópticos que duran 2 ns pueden retrasarse 10 ns utilizando alguna interferencia inteligente entre las imágenes retrasadas y los osciladores locales.

El enfoque del artículo popular sobre la "información almacenada en un solo fotón" es totalmente engañoso. Un solo fotón sólo lleva 3 grados de libertad continuos que podemos elegir, por ejemplo el vector momento, y 1 qubit de información, por ejemplo el lineal $x/y$ o la polarización circular L/R. Esto es claramente insuficiente para una codificación natural de una imagen.

El punto real del artículo relacionado con el "fotón único" era que la interferencia utilizada para reconstruir las imágenes retardadas sólo se basaba en el carácter ondulatorio de "lo que representa la luz". Se puede deducir que funciona para un campo electromagnético clásico. Pero el mismo artilugio funciona inevitablemente incluso si el campo electromagnético es tan débil que a lo sumo un fotón está presente en cada momento. En promedio, se obtuvieron algo así como 0,5 fotones por pulso.

Funciona porque un solo fotón está descrito por una función de onda probabilística cuyo comportamiento imita completamente el comportamiento del campo electromagnético clásico en estos experimentos de interferencia. Así que todo funcionará aunque la "tasa de fotones por segundo" se diluya hasta un número ínfimo. Esta afirmación es análoga a la observación de que el patrón de interferencia en un experimento de doble rendija existe incluso si enviamos los fotones "de uno en uno", por lo que el patrón de interferencia no puede tener nada que ver con las interacciones de muchos fotones. Sin embargo, para reconstruir toda la imagen "UR" en su montaje, todavía se necesitan muchos fotones que pintarán la imagen como su distribución probabilística. Un fotón no sería suficiente para refrescar toda la imagen.

La "luz lenta" es un requisito previo necesario y el contexto en el que hicieron su trabajo: un método para deshacer la "dañina" evolución temporal del fotón en el medio de luz lenta dispersivo. Pero los propios medios de luz lenta fueron inventados por mi ex-colega Lene Hau en 1999, más de 7 años antes del trabajo que estamos discutiendo aquí.

Los lingüistas pueden resumir el mecanismo como: Tomáš Zato Žeseptáš Wolle. Disculpas a los lectores que no lo entiendan, pueden ignorar fácilmente esta parte de la respuesta.

Answer 2

Todos los recursos que señalas están efectivamente relacionados, y son ejemplos de lo que se llama luz lenta . Este fenómeno se refiere a las velocidades extraordinariamente lentas que pueden imponerse a los pulsos de luz cuando atraviesan células de gas que están bajo la influencia de haces de luz adicionales.

Sin embargo, no es necesario todo ese aparato de lujo para hacer que la luz vaya más despacio que $c$ . De hecho, la velocidad de la luz dentro de cualquier medio material normal será más lento que $c$ por un factor del índice de refracción del medio. Esto significa que se puede utilizar, por ejemplo, el vidrio, para "ralentizar y comprimir" un pulso de luz, aunque por supuesto por mucho, mucho menos de lo que has leído.

Hay múltiples maneras de entender por qué ocurre esto, y es importante subrayar que todas ellas se aplican tanto a los experimentos exóticos en fase gaseosa como al vidrio ordinario. Yo tendería a expresarlo en términos de una onda electromagnética que intenta propagarse a través de una región que contiene cargas eléctricas, lo que cambia la ecuación de propagación.

Pero también puede verse como la absorción y reemisión de fotones por el medio material. Cuando el haz de luz llega a cada átomo del medio, hay una pequeña posibilidad de que sea absorbido y reemitido. El correspondiente retardo temporal induce un desplazamiento de fase entre el haz original y el reemitido, y cuando ambos interfieren el resultado será un desplazamiento de fase en la luz, si ésta es monocromática. Para obtener luz lenta, se necesita un medio cuyo índice de refracción aumenta (de forma pronunciada) con la frecuencia lo que significa que los componentes de mayor frecuencia de su pulso acumulan un mayor desplazamiento de fase que los más lentos. Cuando se suman todos los componentes desfasados, el resultado neto es un pulso más lento. Por tanto, hay varias "capas" implicadas, pero al final todo se reduce a que los fotones son absorbidos y reemitidos tras un cierto retraso.

Para los más curiosos, aquí está la referencia original:

Retraso óptico de imágenes con luz lenta. Ryan M. Camacho, Curtis J. Broadbent, Irfan Ali-Khan y John C. Howell. Phys. Rev. Lett. 98 no. 4, 043902 (2007) . arXiv:physics/0701297 . U. Rochester e-print .