I ricercatori del Centro per gli atomi ultrafreddi e del laboratorio di ricerca sull'elettronica del MIT-Harvard hanno proposto un nuovo metodo per produrre condensati di Bose-Einstein 3D utilizzando solo il raffreddamento laser. Nel loro studio, in primo piano Lettere di revisione fisica , hanno dimostrato l'efficacia della loro tecnica nella produzione di condensati di Bose-Einstein, raggiungere temperature che sono ben al di sotto della temperatura effettiva di rinculo.

In precedenti ricerche di fisica, La condensazione di Bose-Einstein (BEC) mediante raffreddamento laser diretto è stata spesso perseguita, obiettivo ancora molto sfuggente. Fu tentato per la prima volta da Steven Chu, che ha vinto il premio Nobel per il raffreddamento laser, e intorno al 1995 da Mark Kasevich, che in quel momento non ci riuscì. Altri gruppi guidati da Carl Wieman ed Eric Cornell, e da Wolfgang Ketterle, tutti i premi Nobel per BEC, è riuscito a ottenere il BEC utilizzando invece il raffreddamento evaporativo. Infine, la maggior parte dei ricercatori ha rinunciato a provare a produrre BEC utilizzando il solo raffreddamento laser, fino a questo nuovo studio innovativo.

"Alcuni anni fa, Ho avuto un'idea di come ridurre il principale ostacolo al raffreddamento laser degli atomi, la formazione di molecole dagli atomi indotta dalla luce, utilizzando frequenze laser specifiche, "Vladan Vuletić, uno dei ricercatori che ha condotto lo studio, ha detto a Phys.org. "Rispetto al raffreddamento per evaporazione, il raffreddamento laser aveva il potenziale per essere più veloce ed efficiente, con conseguente riduzione dei vincoli per la configurazione sperimentale."

Gli atomi di raffreddamento laser comportano il posizionamento accurato di una serie di laser e la loro messa a punto per rallentare il movimento degli atomi calciandoli con i fotoni. Questa tecnica è comunemente usata per creare nuvole fredde di atomi, ma usarlo per creare campioni di atomi freddi con una densità sufficientemente alta per BEC si è rivelato finora molto impegnativo. Una ragione chiave per questo è che la luce laser può fotoassociare gli atomi vicini in molecole, che poi lasciano la trappola atomica.

"Abbiamo scoperto che potevamo ridurre drasticamente le perdite atomiche scegliendo deliberatamente l'energia del laser di pompaggio per non corrispondere alla quantità di energia richiesta per formare le molecole, " Ha spiegato Vuletić. "Combinato con una sequenza accuratamente ottimizzata del cosiddetto raffreddamento Raman (dimostrato per la prima volta da Chu e Kasevich), questo ci ha permesso di produrre una nuvola fredda di atomi con una densità sufficientemente alta da creare un BEC di dimensioni moderate in circa un secondo di raffreddamento".

Nel loro studio, Vuletić e i suoi colleghi hanno intrappolato gli atomi in una trappola a dipolo ottico incrociato e li hanno raffreddati usando il raffreddamento Raman, con luce di pompaggio ottica risonante lontana per ridurre la perdita di atomi e il riscaldamento. Questa tecnica ha permesso loro di raggiungere temperature significativamente inferiori alla temperatura di rinculo effettiva (la scala di temperatura associata al momento di rinculo di un fotone), su una scala temporale da 10 a 50 volte più veloce della tipica scala temporale di evaporazione.

"Una produzione così veloce di BEC è già alla pari con le migliori tecniche di evaporazione, che sono stati ottimizzati per la velocità, evidenziando le potenzialità della nuova tecnica di raffreddamento laser, " Vuletić ha detto. "Il nostro metodo di raffreddamento laser dovrebbe essere applicabile ad altre specie di atomi in futuro, così come al raffreddamento delle molecole. Il nostro metodo più veloce produce un migliore rapporto segnale-rumore, e consente a nuovi esperimenti di studiare gas quantistici che prima erano difficili da eseguire".

Il nuovo metodo introdotto da Vuletić e dai suoi colleghi potrebbe avere numerose implicazioni per la futura ricerca in fisica. Ad esempio, potrebbe consentire la rapida produzione di gas quantistici degenerati in una varietà di sistemi, compresi i fermioni. Nel loro lavoro attuale, i ricercatori stanno usando il loro sistema per studiare i gas quantistici 1-D con interazioni attraenti, che teoricamente dovrebbero collassare ma sono invece stabilizzati dalla pressione quantistica.

"Nel futuro, vorremmo applicare la stessa tecnica agli atomi fermionici, " Vuletić ha detto. "Gli atomi fermionici non si condensano, ma evitatevi l'un l'altro, e invece formano un cosiddetto gas di Fermi quanto degenere a basse temperature. Tali sistemi possono essere utilizzati per studiare gli elettroni (che sono anche fermioni) nei sistemi allo stato solido, per esempio. per comprendere la natura del magnetismo e della superconduttività ad alta temperatura."

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