Quando si studiano gli atomi, gli scienziati devono affrontare una sfida:a temperatura ambiente, i singoli atomi in un gas hanno energia cinetica, e volare a grandi velocità. La temperatura è, in sostanza, il movimento relativo tra gli atomi; quindi l'obiettivo di far sì che gli atomi abbiano piccole velocità relative comporta il loro congelamento a temperature estremamente fredde. Un gruppo del Weizmann Institute of Science ha ora sviluppato un nuovo metodo universale per raffreddare gli ioni.

ioni, atomi con cariche elettriche, vengono oggi raffreddati in trappole utilizzando campi elettrici e magnetici e poi ulteriormente raffreddati con laser. Il nuovo metodo, sviluppato dagli scienziati del personale Dr. Oded Heber e Dr. Michael Rappaport, e borsisti post-dottorato Dr. Reetesh Kumar Gangwar e Dr. Koushik Saha, nel laboratorio del Prof. Daniel Zajfman del Dipartimento di Fisica delle Particelle e Astrofisica del Weizmann Institute of Science, non richiede laser.

Nel passato, Il prof. Zajfman e il suo gruppo avevano creato una versione migliorata di una trappola ionica chiamata trappola a fascio ionico elettrostatico - un apparato per immagazzinare ioni che era molto più piccolo degli anelli di accumulo di ioni standard, che tendono ad essere molto grandi e costosi. In una trappola elettrostatica, le molecole ioniche oscillano mentre volano a velocità fino a 10, 000 km/h e questi si raffreddano all'interno della trappola. Sistemi come questo possono ricreare in laboratorio la materia sparsa che esiste nello spazio interstellare.

Quando gruppi di ioni oscillano nella trappola a queste alte velocità, esiste una distribuzione naturale delle frequenze. In questa fase, gli scienziati hanno un metodo in cui viene applicata una "tensione di impulso periodico variabile" per separare gli ioni più freddi in quella distribuzione, accelerando solo questi. Continuando ad applicare tensioni, i ricercatori alla fine possono ritrovarsi con gli ioni più freddi. "Questo processo, "dice Heber, "non è tanto il raffreddamento quanto il 'filtraggio' o lo smistamento degli ioni in base alle temperature che hanno raggiunto".

In recenti esperimenti, però, il gruppo ha sintonizzato la trappola in modo che la densità degli ioni nella trappola del fascio ionico elettrostatico possa essere aumentata 1, 000 volte ai bordi. Aumentando la densità aumenta naturalmente l'incidenza delle collisioni tra gli ioni nel raggio, e il risultato è che l'energia viene condivisa tra gli ioni. Gli scienziati hanno scoperto che c'era una maggiore correlazione tra la posizione di uno ione all'interno del gruppo e il suo livello di energia cinetica. Gli ioni più freddi erano al centro. Infatti, l'energia, o temperatura, è stata trasferita agli ioni ai bordi, producendo ioni più estremamente freddi nel gruppo accelerato. "Questo processo sorprendente, "dice Heber, "ha già superato il test del vero raffreddamento."

In un articolo recentemente pubblicato su Lettere di revisione fisica , il gruppo descrive una serie di esperimenti in cui gli ioni hanno raggiunto temperature di circa un decimo di grado sopra lo zero assoluto. I ricercatori stanno attualmente conducendo ulteriori esperimenti per mettere a punto il sistema e abbassare ulteriormente le temperature degli ioni.

Heber afferma che il nuovo metodo è significativo perché il processo di raffreddamento non dipende né dal tipo né dal peso dello ione. Così potrebbe essere usato, Per esempio, per studiare le proprietà di grandi molecole biologiche o nanoparticelle.