Assinaturas não-clássicas de muitos corpos na fluorescência de átomos frios

Resumo

O acesso a processos não-clássicos em sistemas de muitos corpos é um desafio que intriga tanto a teóricos quanto a experimentais. Mesmo que a reprodução desses fenômenos seja possível do ponto de vista tecnológico-experimental, ainda são escassas previsões teóricas que norteiam tais experiências. A situação se agrava quando a dinâmica quântica de muitas partículas é fora do equilíbrio, pois o espaço de Hilbert associado cresce exponencialmente com o número de graus de liberdade. Isso torna as simulações numéricas exatas completamente inviáveis e motiva a busca de novas abordagens. No contexto do espalhamento de radiação por um único átomo, a fluorecência de luz tem conectado teoria e experimentos com sucesso. Fenômenos não-clássicos, como o surgimento de bandas laterais no espectro de radiação (tripleto de Mollow) e o antibuching de fótons, foram previstos e comprovados através das coerências do campo de radiação. Já em uma nuvem com muitos átomos, fótons reais e virtuais dão origem a interações de curto e longo alcance entre os dipolos. No regime diluído, os termos de longo alcance prevalecem, o que permite o surgimento de modos cooperativos no sistema. O presente projeto visa revelar correlações quânticas de muitos corpos através da fluorescência de luz emitida por nuvens atômicas frias e diluídas. Correções cooperativas do tripleto de Mollow e do antibuching de fótons devem emergir, assim como, a competição entre superradiância e bloqueio dipolar de longo alcance. Espera-se derivar assinaturas não-clássicas cooperativas por meio da ressomagem de diagramas nas coerências do campo de radiação. Essa metodologia é extraída da teoria quântica de campos e pouco difundida na comunidade de óptica quântica, portanto, acredita-se que tal fusão resultará em uma linha de pesquisa ainda não explorada no Brasil. Os resultados serão confrontados com experimentos em São Carlos - SP e impulsionarão o desenvolvimento de sensores quânticos com átomos ultrafrios.