Con una svolta significativa, i fisici hanno scoperto che gli elementi costitutivi fondamentali della materia – gli atomi rivestiti con luce laser – possono mostrare interazioni uniche non osservate nel loro stato naturale. Questa scoperta, riportata sulla rivista Nature Physics, apre la strada a potenziali applicazioni nell’informatica quantistica e nell’esplorazione di particelle fondamentali note come assioni.

Quando gli atomi interagiscono con la luce laser, si “vestono” di fotoni, creando quasiparticelle note come atomi vestiti o “stati vestiti”. Questi atomi rivestiti possiedono proprietà alterate, inclusi livelli energetici e interazioni modificati.

Il gruppo di ricerca, guidato da fisici dell’Università di Basilea, dell’Istituto Max Planck di ottica quantistica e dello Swiss Nanoscience Institute, ha condotto misurazioni precise su atomi di cesio intrappolati illuminati con luce laser. Controllando attentamente la frequenza, l'intensità e la polarizzazione del laser, hanno osservato l'emergere di nuove interazioni atomo-atomo mediate dai fotoni del laser.

Sorprendentemente, queste interazioni dipendevano dalle proprietà specifiche della luce laser. Ad esempio, i ricercatori hanno scoperto che gli atomi rivestiti potrebbero mostrare forze repulsive o attrattive, a seconda della polarizzazione e della desintonizzazione del laser (differenza di frequenza tra il laser e la transizione atomica).

"I nostri risultati mostrano che la luce può manipolare non solo la struttura interna degli atomi ma anche le loro interazioni reciproche", ha affermato il dottor Lukas Bruder, ricercatore presso l'Università di Basilea e l'Istituto Max Planck di ottica quantistica. “Ciò apre nuove strade per la progettazione di sistemi quantistici con interazioni su misura, che potrebbero essere rilevanti per le simulazioni quantistiche e l’elaborazione delle informazioni quantistiche”.

Inoltre, il team ha esplorato le potenziali applicazioni degli atomi vestiti nella ricerca di assioni, ipotetiche particelle candidate alla materia oscura. Si prevede che gli assioni interagiscano con i fotoni e le proprietà uniche degli atomi rivestiti potrebbero migliorare la sensibilità degli esperimenti di rilevamento degli assioni.

"Le interazioni modificate atomo-atomo negli atomi rivestiti potrebbero fornire una nuova piattaforma per la ricerca sugli assioni", ha affermato il professor Dr. Philipp Treutlein dell'Università di Basilea. “I nostri risultati potrebbero ispirare futuri esperimenti progettati per rilevare direttamente gli assioni e far luce sulla natura della materia oscura”.

Lo studio evidenzia la ricca fisica e le potenziali applicazioni degli atomi vestiti in varie aree, tra cui la simulazione quantistica, l’elaborazione delle informazioni quantistiche e l’esplorazione delle particelle fondamentali. Ulteriori ricerche in questo campo potrebbero scoprire fenomeni e approfondimenti ancora più notevoli sul mondo quantistico.