Η φυσική των υπερβραχέων παλμών ακτινοβολίας λέϊζερ και η κβαντική οπτική αποτελούν δύο σημαντικές συνιστώσες της σύγχνονης ατομικής, μοριακής και οπτικής φυσικής, οι οποίες τις τελευταίες δεκατετίες αναπτύχθηκαν γοργά και ανεξάρτητα. Αυτό γιατί η μεν μελέτη των υπερβραχέων παλμών χρησιμοποιεί καταστάσεις του ηλεκτρομαγνητικού πεδίου υψηλής έντασης, που προσομοιάζουν κλασσικά ηλεκτρομαγνητικά πεδία, ενώ η κβαντική οπτική ασχολήθηκε κατά κύριο λόγο με το λεγόμενο «κβαντικό φως», δηλαδή καταστάσεις του ηλεκτρομαγνητικού πεδίου με σχετικά μικρό αριθμό φωτονίων και με ιδιότητες που απέχουν πολύ από το κλασσικό ηλεκτρομαγνητικό πεδίο.
Σε μια πρόσφατη συνεργασία του Ινστιτούτου Ηλεκτρονικής Δομής και Λέϊζερ του Ιδρύματος Τεχνολογίας και Έρευνας, του Τμήματος Φυσικής του Πανεπιστημίου Κρήτης και του Ινστιτούτου Max Planck Φυσικής Μικροδομών, οι ερευνητές Ν. Τσατραφύλλης (υποψήφιος διδάκτορας Τμήματος Φυσικής), I. Gonoskov, I. Κομίνης και Π. Τζάλλας ανέδειξαν μια νέα σύνθεση των δύο παραπάνω τομέων. Συγκεκριμένα έδειξαν πειραματικά και θεωρητικά, πως το μη γραμμικό φαινόμενο της γέννεσης υψηλών αρμονικών κατά την αλληλεπίδραση υπερβραχέων παλμών λέϊζερ υπέρυθρης ακτινοβολίας με την ύλη μπορεί να παρατηρηθεί μετρώντας τις ιδιότητες της υπέρυθρης ακτινοβολίας μετά την αλληλεπίδρασή της με την ύλη. Αυτό υποδεικνύει την παρουσία ενός κβαντικού οπτικού φαινομένου, γιατί με βάση τη μέχρι πρότινος (ημι-κλασσική) αντίληψη της διαδικασίας, η μη γραμμική αλληλεπίδραση της υπέρυθρης ακτινοβολίας με την ύλη δεν αφήνει κανένα ίχνος στην πρώτη. Σε αντίθεση, στην κβαντική οπτική δύο αλληλεπιδρώντα συστήματα επηρεάζονται και τα δύο. Στην εργασία τους οι παραπάνω ερευνητές έδειξαν πως μετρώντας τη στατιστική φωτονίων της υπέρυθρης ακτινοβολίας (ένα βασικό εργαλείο ανάλυσης του φωτός στην κβαντική οπτική) μπορεί κανείς να εκμαιεύσει σημαντικές πληροφορίες για τη δυναμική της γέννεσης υψηλών αρμονικών (δηλαδή των υπερβραχέων παλμών με συχνότητα πολλαπλάσια της διεγείρουσας υπέρυθρης ακτινοβολίας).
Η εργασία αυτή ανοίγει μια καινοτόμα και πολλά υποσχόμενη ερευνητική κατεύθυνση στη επικάλυψη δύο επιστημονικών τομέων αιχμής, η οποία μεταξύ άλλων αναμένεται να οδηγήσει σε νέες πηγές κβαντικού φωτός ισχυρής έντασης και υπερβραχείας διάρκειας, όπως και σε νέες μεθόδους φασματοσκοπίας με υπερβραχείς παλμούς λέϊζερ.
Επιστημονικό άρθρο: “High-order harmonics measured by the photon statistics of the infrared driving-field exiting the atomic medium” by N. Tsatrafyllis, I. K. Kominis, I. A. Gonoskov and P. Tzallas, Nature Communications 8, 15170 (2017).
