Un team di fisici in Cina ha dimostrato un miglioramento di 20 volte nelle interazioni laser ultraveloci sfruttando le proprietà quantistiche della luce, ottenendo questo risultato senza aumentare l’energia fornita al bersaglio. I risultati, pubblicati su Nature, hanno potenziali implicazioni sul modo in cui la materia viene analizzata in tempi estremamente brevi.
I ricercatori guidati da Jian Wu presso la East China Normal University hanno utilizzato uno stato di luce quantistica noto come vuoto compresso brillante (BSV) per innescare la ionizzazione tunnel negli atomi di sodio. A differenza degli impulsi laser convenzionali che forniscono fotoni a una velocità costante, BSV genera fluttuazioni estreme nella densità dei fotoni. Ciò si traduce in brevi esplosioni di intensità istantanea molto elevata, mantenendo un’energia media bassa.
Il team ha scoperto che un impulso BSV con un’energia media di soli 300 nanojoule produceva lo stesso effetto di ionizzazione non lineare di un impulso laser convenzionale con un’intensità effettiva oltre 20 volte maggiore. Significativamente, questo miglioramento è avvenuto senza un aumento della potenza media, il che riduce al minimo il rischio di danni termici o strutturali sia ai bersagli che ai componenti ottici.
I processi ottici non lineari sono influenti in vari campi, tra cui la generazione di alte armoniche e la fisica degli attosecondi, che esamina la dinamica degli elettroni su scale temporali di un quintilionesimo di secondo. Gli attuali esperimenti in queste aree spesso operano vicino ai limiti dei danni materiali. Manipolando le proprietà statistiche quantistiche della luce anziché limitarsi ad aumentare l’energia degli impulsi, i ricercatori hanno indicato che la forza dell’interazione potrebbe essere regolata con precisione indipendentemente dalla potenza media, aprendo la strada a futuri esperimenti sugli attosecondi con costi energetici inferiori e danni collaterali ridotti.
Questo lavoro si allinea con una tendenza più ampia nell’ottica quantistica che vede le fluttuazioni quantistiche come una risorsa preziosa piuttosto che come un rumore. Sebbene la tecnica sia ancora sperimentale, suggerisce un futuro in cui gli stati quantistici strutturati della luce svolgono un ruolo essenziale nella tecnologia ottica ultraveloce, integrando l’intensità del laser tradizionale. Lo studio riflette un cambiamento fondamentale nella comprensione e nell’applicazione della luce quantistica nelle interazioni laser ad alta precisione.
