Riccardo Sapienza

Author(s): Andreas Reiserer and Gerhard Rempe

A vision has formed in recent years of the components necessary for a large-scale quantum network. Single trapped atoms can serve as the nodes of this network, with the links established by flying photons that are coupled to the atoms using optical resonators. This review describes progress towards the goal of multinode networks using the current generation of experiments, which have achieved unprecedented levels of atomic qubit control and light-matter coupling efficiencies.

[Rev. Mod. Phys. 87, 1379] Published Tue Dec 01, 2015

Author(s): Abbas Mohtashami, Clara I. Osorio, and A. Femius Koenderink

Optical phase-array antennas can be used to control fluorescence from quantum emitters. The intensity distribution and polarization of the resulting emission are determined by the properties of the antenna and the emitters, and the strength of the antenna-emitter coupling. The authors show how Fourier polarimetry can be used to characterize and understand these three contributions, particularly the coupling, in an important step for engineering plasmonic systems.

[Phys. Rev. Applied 4, 054014] Published Wed Nov 25, 2015

L'optomécanique quantique a pour but de coupler au niveau quantique la lumière avec le mouvement de résonateurs mécaniques. Notre équipe fait partie des groupes leaders dans ce domaine de recherche en pleine expansion : nous avons obtenu une sensibilité record dans la mesure optique des déplacements d'un résonateur mécanique, à l'échelle du milliardième de la taille d'un atome, et nous avons mis en évidence le refroidissement par laser d'un résonateur grâce à l'action de la pression de radiation. Ceci ouvre (...) - Travailler avec nous

Quantum physics: Getting the measure of entanglement

Nature 528, 7580 (2015). doi:10.1038/528048a

Authors: Steven Rolston

A property called entanglement entropy helps to describe the quantum states of interacting particles, and it has at last been measured. The findings open the door to a deeper understanding of quantum systems. See Article p.77

Title: Near-Field Effects in Mesoscopic Light Transport
Author(s): Naraghi, R. Rezvani; Sukhov, S.; Saenz, J. J.; et al.
Source: PHYSICAL REVIEW LETTERS, 115 (20): NOV 10 2015
Document Type: Article

Controlling the emission and interaction properties of quantum emitters (QEs) embedded within an optical cavity is a key technique in engineering light-matter interactions at the nanoscale, as well as in the development of quantum information processing. State-of-the-art optical cavities are based on high Q photonics crystals and dielectric resonators. However, wealthier responses might be attainable with cavities carved in more exotic materials. Here, we theoretically investigate the emission and interaction properties of QEs embedded in open epsilon-near-zero (ENZ) cavities. Using analytical methods and numerical simulations, it is demonstrated that open ENZ cavities present the unique property of supporting nonradiating modes independently of the geometry of the external boundary of the cavity (shape, size, topology...). Moreover, the possibility of switching between radiating and nonradiating modes enables a dynamic control of both the emission by, and the interaction between, QEs. These phenomena provide unprecedented degrees of freedom in controlling and trapping fields within optical cavities, as well as in the design of cavity opto- and acousto-mechanical systems.

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Retraction: Non-blinking semiconductor nanocrystals

Nature 527, 7579 (2015). doi:10.1038/nature15745

Authors: Xiaoyong Wang, Xiaofan Ren, Keith Kahen, Megan A. Hahn, Manju Rajeswaran, Sara Maccagnano-Zacher, John Silcox, George E. Cragg, Alexander L. Efros & Todd D. Krauss

Nature459, 686–689 (2009); doi:10.1038/nature08072In this Letter, we reported the unusual non-blinking characteristics of the fluorescence from individual CdZnSe/ZnSe alloyed quantum dots. However, it has recently come to our attention that similar fluorescence behaviour was seen by

Science is an enterprise driven fundamentally by social relations and dynamics (1). Thanks to comprehensive bibliometric datasets on scientific production and the development of new tools in network science in the past decade, traces of these relations can now be analyzed in the form of citation and coauthorship networks, shedding...

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Leonardo Lupori and Raffaele Mazziotti are two fellows in lab of the excellent Tommaso Pizzorusso. They have developed an intrinsic signal optical imaging rig and are sharing all of the materials. Here’s their web site with the resources and links.

More on intrinsic imaging…
Yet more again…

Pochi giorni fa, a Roma, si è tenuto il Science Symposium on Climate, organizzato da numerose società scientifiche italiane per produrre un documento congiunto in vista della Conferenza mondiale sul clima COP21 che si terrà dal 30 novembre a Parigi.

Il documento è un appello che sintetizza i contenuti del V Rapporto dell’IPCC, e chiama all’azione per la riduzione delle emissioni e la mitigazione delle conseguenze del cambiamento climatico. Il testo completo lo trovate qui (e qui in italiano).

Al termine del convegno, dodici delle società scientifiche che avevano organizzato l’evento hanno sottoscritto il documento, con la singolare eccezione della Società italiana di fisica. Che ha spiegato la mancata adesione con un messaggio della sua presidente, Luisa Cifarelli, indirizzato al chimico Mario Rampichini e pubblicato sul blog del Società chimica italiana (dove ci si chiede, tra l’altro, perché la SCI stessa non abbia partecipato ai lavori).

Il contenuto del messaggio è il seguente:

«Caro Dr. Rampichini,
mi fa piacere che molti abbiano notato che la SIF non ha sottoscritto il documento finale del Simposio, pur figurando tra i suoi organizzatori.
Il motivo è semplice.
La SIF è un’associazione di fisici abituati a considerare leggi fisiche regolate da equazioni più o meno complesse, e risultati espressi con il dovuto livello di confidenza o di probabilità o di verosimiglianza. Questo, del resto, è il metodo scientifico.
Il documento in questione contiene nelle sue premesse delle affermazioni date come certezze incontrovertibili a proposito dell’origine antropica dell’attuale cambiamento climatico. Ma le verità scientifiche non possono basarsi sul consenso generalizzato, mescolando scienza e politica, come sta avvenendo in questo caso.
Poiché la richiesta della SIF, di introdurre qualche parola di tipo probabilistico (come “likely”, che ha un significato ben preciso e tutt’altro che disdicevole), è stata categoricamente rifiutata, la SIF non ha ritenuto di sottoscrivere il documento, pur condividendo fortemente l’importanza della ricerca basata sulla fisica per lo studio del clima e il fatto che è fondamentale inquinare il meno possibile il nostro amato pianeta per salvaguardarne la salute e bellezza.
Ecco perché il Consiglio della SIF, eletto dai suoi Soci, non ha ritenuto di sottoscrivere quel documento.
Detto ciò, ignoro perché la SCI non sia stata coinvolta. Ma tante altre società scientifiche non lo sono state e non è poi così grave.
Cordialità, e grazie per l’interesse,
Luisa Cifarelli».

Forse sono il solo, ma trovo queste motivazioni piuttosto sconcertanti. Una parola di tipo probabilistico, come likely, c’è già, nell’appello. Accompagnata da quell’extremely che compare esattamente negli stessi termini nel rapporto dell’IPCC, come si legge negli Headline Statements from the Summary for Policymakers. Precisamente, nel V Rapporto dell’IPCC si legge: « It is extremely likely that human influence has been the dominant cause of the observed warming since the mid-20th century». Dove l’espressione extremely likely è definita nelle note come una probabilità compresa tra il 95 e il 100 per cento.

Ma evidentemente alla SIF non è piaciuta. Ed evoca il metodo scientifico – pur senza documentare la sua mancata adesione con il supporto di alcuna evidenza scientifica – per giustificare una scelta che essa sì, all’apparenza, mescola decisamente scienza e politica.

Ottenendo così due risultati ammirevoli.

1. Smentire senza alcun sostegno scientifico (e senza che nel Consiglio della SIF sia presente alcun fisico dell’atmosfera o geofisico) i risultati ottenuti e condivisi da migliaia di scienziati – in prevalenza fisici, è bene ricordarlo – di tutto il mondo, sulla base di anni di lavoro e di milioni di dati accumulati.

2. Mostrare che la comunità scientifica «è divisa», come si suol dire, offrendo una splendida sponda ai negazionisti, che pur di vedere confermate le proprie tesi si guardano bene dal distinguere tra un climatologo e un fisico delle particelle. E magari lungimiranti giornalisti chiameranno un fisico delle particelle per un’autorevole «opinione contraria» sui cambiamenti climatici. Che è un po’ come chiamare l’idraulico per una colica renale, per intenderci.

Peccato, perché per assumersi una responsabilità così grande sarebbe opportuno portare motivazioni più profonde. Perché, come diceva Carl Sagan, «affermazioni straordinarie richiedono prove straordinarie». Ed era un fisico anche lui.

Author(s): Logan G. Wright, Stefan Wabnitz, Demetrios N. Christodoulides, and Frank W. Wise

Light pulses in an optical fiber with a large core can undergo dramatic oscillations in their intensity. These oscillations cause a near-infrared pulse to spray off new pulses at wavelengths that range from the mid-infrared to the ultraviolet.

[Phys. Rev. Lett. 115, 223902] Published Wed Nov 25, 2015

Author(s): Chia Wei Hsu, Arthur Goetschy, Yaron Bromberg, A. Douglas Stone, and Hui Cao

Spatial modulation of the incident wave front has become a powerful method for controlling the diffusive transport of light in disordered media; however, such interference-based control is intrinsically sensitive to frequency detuning. Here, we show analytically and numerically that certain wave fro…

[Phys. Rev. Lett. 115, 223901] Published Wed Nov 25, 2015

Tapered silica fibers are often used to rapidly probe the optical properties of micro-resonators. However, their low refractive index precludes phase-matching when coupling to high-index micro-resonators, reducing efficiency. Here we demonstrate efficient optical coupling from tapered fibers to high-index micro-resonators by loading the fibers with an ancillary adiabatic waveguide-coupler fabricated via angled-etching. We demonstrate greatly enhanced coupling to a silicon multimode micro-resonator when compared to coupling via the bare fiber only. Signatures of resonator optical bistability are observed at high powers. This scheme can be applied to resonators of any size and material, increasing the functional scope of fiber coupling.

Many promising nanophotonics endeavours hinge upon the unique plasmonic properties of nanometallic structures with narrow non-metallic gaps, which support super-concentrated bonding modes that singularly redshift with decreasing separations. In this letter, we present a descriptive physical picture, complemented by elementary asymptotic formulae, of a nonlocal mechanism for plasmon-redshift saturation at subnanometric gap widths. Thus, by considering the electron-charge and field distributions in the close vicinity of the metal-vacuum interface, we show that nonlocality is asymptotically manifested as an effective potential discontinuity. For bonding modes in the near-contact limit, the latter discontinuity is shown to be effectively equivalent to a widening of the gap. As a consequence, the resonance-frequency near-contact asymptotics are a renormalisation of the corresponding local ones. Specifically, the renormalisation furnishes an asymptotic plasmon-frequency lower bound that scales with the $1/4$-power of the Fermi wavelength. We demonstrate these remarkable features in the prototypical cases of nanowire and nanosphere dimers, showing agreement between our elementary expressions and previously reported numerical computations.

Author(s): Jonathan Kadmon and Haim Sompolinsky

Cortical neural circuits have been hypothesized to operate in a regime termed the “edge of chaos.” A new theoretical study puts this regime in a more biologically plausible perspective.

[Phys. Rev. X 5, 041030] Published Thu Nov 19, 2015

Author(s): Ali Mirzaei, Andrey E. Miroshnichenko, Ilya V. Shadrivov, and Yuri S. Kivshar

An array of equally spaced nanowires, dubbed metacage, could block optical radiation from entering or escaping a region of arbitrary shape.

[Phys. Rev. Lett. 115, 215501] Published Tue Nov 17, 2015

Hovertext: I mean, maybe a sense of one's place in the universe also leads to happiness, but power is pretty great.

New comic!
Today's News:

Only 48 hours left to go get a signed copy of the new book! 

 

Author(s): R. Rezvani Naraghi, S. Sukhov, J. J. Sáenz, and A. Dogariu

A new model for light scattering explains why an unexpected amount of light propagates through materials containing densely packed scattering objects.

[Phys. Rev. Lett. 115, 203903] Published Tue Nov 10, 2015

Piled Higher & Deeper by Jorge Cham		www.phdcomics.com
title: "Coffee Quality vs. Writing" - originally published 11/13/2015 For the latest news in PHD Comics, CLICK HERE!

Wavefront shaping has revolutionized imaging deep in scattering media, being able to spatially and temporally refocus light through or inside the medium. However, wavefront shaping is not compatible yet with polarization-resolved microscopy given the need of polarizing optics to refocus light with a controlled polarization state. Here, we show that wavefront shaping is not only able to restore a focus, but it can also recover the injected polarization state without using any polarizing optics at the detection. This counter-intuitive effect occurs up to several transport mean free path thick samples, which exhibit a speckle with a completely scrambled state. Remarkably, an arbitrary rotation of the input polarization does not degrade the quality of the focus. This unsupervised re-polarization - out of the originally scrambled polarization state - paves the way for polarization-resolved structural microscopy at unprecedented depths. We exploit this phenomenon and demonstrate second harmonic generation (SHG) structural imaging of collagen fibers in tendon tissues behind a scattering medium.

Una volta era solo bianco. Ora si trova nero, grigio, rosso, rosa, blu. Un arcobaleno di colori. E di prezzi. Quello bianco costava, e costa ancora, poche decine di centesimi al chilo. Quelli colorati? Beh, possono costare decine e decine di euro al chilo. Ma si sa, il colore nel cibo è un fattore estremamente importante. E se una volta il sale era solo sale, di un bel bianco candido, ora c'è un'intera tavolozza a disposizione del cuoco tanto che è difficilissimo raccapezzarsi. Vale veramente la pena di spendere di più per il sale rosso delle Hawaii?  O per quello grigio di Bretagna?

C'è chi dice che i vari sali hanno sapori diversi. A volte molto differenti, a volte solo sfumature. C'è anche chi sostiene che alcuni di questi siano migliori, per la nostra salute, del normale sale bianco raffinato. Per esempio perché contengono meno sodio. Oppure perché contengono altri elementi. Dopotutto, ovviamente, se sono colorati significa che non contengono solo cloruro di sodio, che è perfettamente bianco, no?

Tassonomia salina

Classificare i sali a prima vista sembra complicato. Cerchiamo di fare un po' d'ordine.

Nel primo gruppo possiamo mettere tutto quel sale bianco, cloruro di sodio quasi puro –che arrivi dal mare o da una miniera non fa alcuna differenza– che si differenzia sostanzialmente per la granulometria e/o per la forma dei cristalli. Sale fino, grosso, integrale o meno, fior di sale, sale di Maldon, sale di Cervia e così via. Essendo cloruro di sodio quasi puro, disciolto in acqua ha esattamente, a parità di peso, lo stesso potere salante. La forma dei cristalli invece può influenzare molto la percezione che abbiamo in bocca quando viene usato in forma solida sparso su un cibo. Inutile dire che dal punto di vista della salute sono tutti equivalenti.

Nel secondo gruppo possiamo mettere tutti quei sali a cui sono stati aggiunti uno o più ingredienti, oppure sono stati trattati in una maniera particolare. Una miscela di sale e erbe aromatiche ha ovviamente un sapore diverso dal sale bianco, e parimenti se è stato affumicato. Quello dei sali aromatizzati è un campionato a parte e preferisco raggrupparli perché sono più simili a dei condimenti. Il sale affumicato ha un sapore diverso del sale normale? Grazie tante, che scoperta

Nel terzo gruppo mettiamo invece mettiamo tutti quei sali a cui, dopo la raccolta e l'essiccazione, non è stato aggiunto nulla, e che mostrano una colorazione più o meno marcata. Tra questi il sale blu di Persia (non è completamente blu, ha solo qualche cristallo con delle screziature), quello rosso delle Hawaii e tanti altri acquistabili, a caro prezzo, non solo nei negozi gourmet ma anche nei supermercati. Qui, per nostra comodità, è utile distinguere due sottocategorie: quella dei sali colorati provenienti da miniere, come quello rosa dell'Himalaya (a cui dedicherò un articolo specifico, data la popolarità) o quello blu di Persia, e quelli marini, come quello rosso delle Hawaii e quello grigio di Bretagna che ho fotografato qui sopra.

La motivazione di questa distinzione è la seguente: come abbiamo visto la composizione dei mari è praticamente la stessa ovunque, e quindi i sali marini sono più o meno tutti uguali. I sali da miniera invece, visto che sono depositi di mari prosciugati milioni di anni fa, possono avere una composizione di minerali abbastanza diversa, come vedremo in un altro post di questa lunghissima serie sul sale.

Sali marini colorati

Se i minerali disciolti nell'acqua di mare sono praticamente gli stessi ovunque, come è possibile che alcuni siano rossi, altri neri, altri grigi? Vediamo.

Ho preso 40 g di sale rosso delle Hawaii, a sinistra nella foto in alto, e l'ho sciolto in acqua.

Come vedete la soluzione non è certo limpida. Berreste quell'acqua salata rossa? A me fa un po' schifo . Ho deciso quindi di "raffinare" questo sale. Come abbiamo discusso varie volte, il termine "raffinazione" nel linguaggio comune è stato caricato ingiustamente di significati negativi, e le persone si immaginano chissà quali trattamenti. Quando abbiamo a che fare con sostanze chimiche quasi pure, come il sale o lo zucchero, preferirei parlare di "purificazione", in una sorta di "bonifica linguistica" per evitare di rinforzare pregiudizi dove non ha senso che esistano.

Procediamo quindi con la raffinazione del sale rosso delle Hawaii, utilizzando questo sofisticato apparecchio

Una volta filtrata la soluzione completiamo la raffinazione eliminando l'acqua, anche in questo caso con una tecnologia molto avanzata: un contenitore di plastica sopra il calorifero

Vedete come è bello bianco il sale autoraffinato?

Cos'è rimasto nel filtro? Argilla rossa. Insomma, il sale rosso delle Hawaii è semplicemente sale marino sporco di sabbia rossa.

È anche scritto in etichetta

Come avete visto è estremamente facile purificare (raffinare!) quel sale. Perché non viene fatto? Beh, se guardate il prezzo il motivo è abbastanza ovvio.

Non sareste disposti a pagare per del "banale" sale bianco un prezzo cento volte superiore. Invece se rimane un po' di sporco rosso riuscite a centuplicare il prezzo. Se siete uno chef a cui piace giocare con i colori ben venga l'uso di questo sale rosso, basta che non lo spacciate per miracoloso.

Sale grigio

Proviamo ora con il sale grigio di Bretagna

Ne sciolgo 30 g in acqua

Colore poco invitante vero? Anche qui procediamo con la procedura di raffinazione, per separare argilla grigia questa volta, come si nota lasciandola depositare sul fondo

Ed ecco il sale purificato di un bel bianco candido, insieme allo sporco grigiastro

Insomma, questi sali non sono altro che comune sale marino con dello sporco variopinto, che però pagate molto caro.

Meno sodio?

Ora è molto più chiara l'affermazione pseudosalutistica che si sente riguardo a questi sali: "contengono meno cloruro di sodio e quindi fanno più bene". Bella forza! Ovvio che contengono meno sodio: sono sporchi di sabbia! Un vero sale iposodico deve ridurre il sodio a parità di potere salante. Altrimenti son capaci tutti di aggiungere segatura a del sale da cucina e dire "contiene meno sodio"!

È indubbio che cromaticamente siano molto intriganti questi sali, ma oltre al colore non hanno particolari proprietà. Basta saperlo.

Alla prossima.

Dario Bressanini

Progress

In a post two years ago I discussed how difficult it was to find good tools for editing scientific texts by multiple authors simultaneously.  As there is a great demand for this functionality it does not come to a surprise that the situation has improved considerably. I will describe two solutions here that in our group we now use on a daily base.

Scientists regularly write text with other authors. In the old days authors kept on sending emails to each other with as attachments the latest version of the manuscript. This is a sure recipe for chaos including as disasters where authors were editing an old version or where new versions got lost.

Cloud

With cloud servers like Dropbox there is no need any more to send each other new versions. They can all be downloaded from cloud server. This improvement however does not exclude authors working on different versions. On average scientists are not very good in understanding new digital products and with this cloud solution they regularly forget to synchronize their local copy with the cloud server. In addition cloud servers as Dropbox take up so much bandwidth of a desktop computer that it becomes problematic to have a live connection all of the time.

On-line

So we need an on-line service where the source files are located at just one location and where live editing is possible and not to slow. Google Drive seems to be a solution but their file format is a disaster. Under the interface it is all dirty and poor html unsuitable for scientists who share sheets, documents and presentation.

Acceptable solution 1: overleaf

Physicists and mathematicians need many formula’s in their papers. In such a case there is no alternative to Latex and its sisters Tex, AmsTex, etc. If you think that equations formatted with Equation Editor or MathType look great you are an amateur and you should go for Acceptable solution 2.

The site overleaf.com has a great Latex interface, where people can edit simultaneously the same file (left panel) and see the result as a pdf file (right panel). It works great and we are moving more and more all our papers in on that site.

Acceptable solution 2: onedrive

Many scientific journals allow manuscripts that are formatted as MS Word files. Microsoft has now created a cloud-based solution that is quite acceptable. On the Microsoft site onedrive.com  files can be shared with and edited simultaneously by multiple authors with a MS Word browser interface. Users can also install a local program (client) that allows to edit a local copy of the file with an Office desktop application. In the latter case users should check whether their local copies of the files are synchronized.

Advice: use your onedrive file collection only for a limited number of files. In such a situation all the files are quickly synchronized and your computer does not suffer from a performance penalty with the onedrive client installed.

Author(s): Igor Yulevich, Elhanan Maguid, Nir Shitrit, Dekel Veksler, Vladimir Kleiner, and Erez Hasman

Quasi-crystalline metallic metasurfaces containing mis-orientated patterns of voids can be designed so that left- and right-handed polarized light is distinguishable after it has passed through the surface.

[Phys. Rev. Lett. 115, 205501] Published Mon Nov 09, 2015