ICFO 传统理论与物理实验观察到的致密原子介质光学响应示意图
RG理论
信用:ICFO 平克·弗洛伊德的《月亮的阴暗面》被评为有史以来最伟大的古典摇滚专辑，旨在将光线的棱镜和分散描绘成彩虹，作为某种隐喻性的象征和从未被庆祝过的灯光秀
然而，他们真的没有意识到这样一个事实，即这张图像将被许多人用来帮助说明折射率的概念，以及当光遇到不同的介质时，它是如何改变速度和方向的
虽然从概念上来说，这幅画并不准确，但它传达了一个信息，即当光进入另一种介质时，它的速度会发生变化，不同颜色的不同速度会导致白光分散到不同的成分中
这种速度的变化与折射率有关，折射率是一个无单位的数，表示真空中光速与介质中光速的比值
一般来说，对于可见光，所有具有正折射率的材料都具有接近1的值
这究竟是巧合还是反映了更深层次的物理现象还没有得到解释
现在，在《物理评论十》最近发表的一项研究中，ICFO研究人员弗朗切斯科·安德莱奥利和ICREA教授强调了这一点
在ICFO大学，张达瑞克与来自普林斯顿大学、芝加哥大学和光学研究所的研究人员合作，研究并解释了为什么稀释原子气体的折射率只能达到最大值1
不管原子密度有多高
这一结果与传统的教科书理论形成对比，后者预测材料越多，光学响应和折射率就越大
正确理解这个问题的挑战是处理光的多重散射——光在介质中可以穿过的所有复杂路径——以及由此产生的干涉
这可能导致每个单独的原子看到一个局部的光强度，这个光强度与发出的光强度非常不同，并且根据周围原子的几何形状而变化
教科书没有处理这种粒度的复杂微观细节，而是经常以某种方式假设这种粒度及其对光的影响可以被消除
相比之下，研究小组利用了一种被称为强无序重整化群的理论，这种理论使他们能够以简单的方式捕捉粒度和多重散射效应
该理论表明，由于近场相互作用，任何给定原子的光学响应都会受到其单个最近邻的不成比例的影响，这就是典型平滑理论失败的原因
近场相互作用的物理效应是产生原子共振频率的不均匀加宽，其中加宽的量随着密度而增加
因此，无论原子的物理密度有多高，任何频率的入射光都只能看到每立方波长约1个近共振原子才能有效散射，这就将折射率限制在其最大值1
七
更广泛地说，这项研究表明，RG理论可以构成一个新的通用工具，用于理解光在近共振无序介质中多重散射的挑战性问题，包括在非线性和量子领域
它也展示了试图理解真实材料折射率极限的希望，从组成它们的单个原子开始，从下往上
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