Departamento de Física

Professor do DAF-JP faz colaboração na UFPE

As atividades, realizadas entre 12 e 29 de maio de 2024, foram feitas no Laboratório de Física Atômica/Lasers Pulsados do Departamento de Física da UFPE em Recife, Pernambuco. Colaboraram comigo a Profa. Sandra Sampaio Vianna, líder do grupo, e o pós-doc Alexandre A. C. de Almeida, do Laboratório de Redes Quânticas do mesmo departamento.

Figure 1. No Laboratório de Física Atômica em 14 de maio de 2024.

Trabalhamos basicamente em dois tipos de problemas: (i) Correlações entre pares de feixes de luz laser induzidas por vapor de átomos de rubídio e (ii) mistura de quatro ondas emitidas por átomos de rubídio em uma armadilha magneto-óptica.

Primeiro problema 

Conforme publicado no artigo Phys. Rev. A 107, 023515 (2023), ensembles atômicos são capazes de imprimir correlações nas flutuações de intensidade em feixes de luz gerados em átomos frios via mistura de quatro ondas. Além disso, é possível observar as oscilações de Rabi nas correlações cruzadas envolvendo os pares de feixes gerados. Em um sistema de dois níveis, as oscilações de Rabi consistem em uma sequência de absorções e emissões estimuladas dos átomos devido ao campo de luz incidente, efeito geralmente observado na presença de campos com alta intensidade.

Nosso objetivo foi investigar esse processo em "átomos quentes" (vapor atômico), um sistema mais complexo que uma amostra de átomos frios em uma armadilha magneto-óptica devido à distribuição de velocidade de Maxwell-Boltzmann e ao efeito Doppler, que causa alargamento das linhas espectrais. As oscilações de Rabi foram observadas apenas no último dia da minha visita, após várias modificações no experimento, incluindo ajustes nos diâmetros dos feixes, na temperatura do vapor, nas intensidades, nas polarizações e nas dessintonias dos feixes de entrada na célula.

Figure 2. Experimento montado para observar as correlações nas intensidades de feixes transmitidos por vapor de
átomos de rubídio. Foto tirada em 20 de maio de 2024. 

Segundo problema

A outra parte da colaboração ficou na modelagem do espectro de um sinal de mistura de quatro ondas emitido por átomos frios em um experimento realizado anos atrás, cujos resultados ainda não foram publicados em periódico. Tipicamente, os espectros, descritos na tese de doutorado de Alexandre, apresentam um “buraco” no pico cuja origem não parece estar relacionada ao efeito Stark/dubleto de Autler-Townes. Nosso objetivo é modelar
teoricamente esses espectros para entender a natureza dos buracos nos picos. No entanto, enfrentamos uma dificuldade teórica que exige a separação das componentes de Fourier do elemento do operador matriz densidade relacionado ao sinal de mistura de quatro ondas. Isso resulta em um sistema de EDOs acopladas com mais de 100 equações e 100 variáveis, tornando impraticável escrever as equações e criar um código-fonte para resolvê-las. 

Para resolver essa questão, começamos a desenvolver uma ferramenta para o SimuFísica® capaz de gerar e resolver essas equações de Bloch com componentes de Fourier separadas. Nosso algoritmo já consegue criar e resolver o sistema de equações de Bloch tradicional com até 10 níveis, mas a parte da mistura de ondas, embora bastante adiantada, ainda contém bugs que levarão algum tempo para serem corrigidos.

Figure 3. Desenvolvimento do app Gerador de Equações de Bloch. A parte do aplicativo relacionada à mistura de ondas ainda está em desenvolvimento. Foto tirada em 15 de maio de 2024.

Agradecemos o apoio do CNPq e da UNIR nessa visita científica.