In un primo per la fisica quantistica, I ricercatori dell'Università di Otago hanno "tenuto" i singoli atomi in posizione e hanno osservato interazioni atomiche complesse inedite.

Una miriade di apparecchiature tra cui laser, specchi, una camera a vuoto, e microscopi assemblati nel Dipartimento di Fisica di Otago, più un sacco di tempo, energia, e competenza, hanno fornito gli ingredienti per indagare su questo processo quantistico, che fino ad ora è stato compreso solo attraverso la media statistica da esperimenti che coinvolgono un gran numero di atomi.

L'esperimento migliora le conoscenze attuali offrendo una visione mai vista prima del mondo microscopico, sorprendenti ricercatori con i risultati.

"Il nostro metodo prevede l'intrappolamento individuale e il raffreddamento di tre atomi a una temperatura di circa un milionesimo di Kelvin utilizzando raggi laser altamente focalizzati in una camera iper-evacuata (a vuoto), delle dimensioni di un tostapane. Combiniamo lentamente le trappole contenenti gli atomi per produrre interazioni controllate che misuriamo, " afferma il Professore Associato Mikkel F. Andersen del Dipartimento di Fisica di Otago.

Quando i tre atomi si avvicinano, due formano una molecola, e tutti ricevono un calcio dall'energia rilasciata nel processo. Una fotocamera per microscopio consente di ingrandire e visualizzare il processo.

"Due atomi da soli non possono formare una molecola, ci vogliono almeno tre per fare chimica. Il nostro lavoro è la prima volta che questo processo di base è stato studiato isolatamente, e si scopre che ha dato diversi risultati sorprendenti che non ci si aspettava da precedenti misurazioni in grandi nuvole di atomi, " afferma il ricercatore post-dottorato Marvin Weyland, che ha guidato l'esperimento.

Per esempio, i ricercatori sono stati in grado di vedere l'esatto risultato dei singoli processi, e ha osservato un nuovo processo in cui due degli atomi lasciano l'esperimento insieme. Fino ad ora, questo livello di dettaglio è stato impossibile da osservare in esperimenti con molti atomi.

"Lavorando a questo livello molecolare, ora sappiamo di più su come gli atomi si scontrano e reagiscono tra loro. Con lo sviluppo, questa tecnica potrebbe fornire un modo per costruire e controllare singole molecole di particolari sostanze chimiche, " aggiunge Weyland.

Il Professore Associato Andersen ammette che la tecnica e il livello di dettaglio possono essere difficili da comprendere per coloro al di fuori del mondo della fisica quantistica, tuttavia, crede che le applicazioni di questa scienza saranno utili nello sviluppo di future tecnologie quantistiche che potrebbero avere un impatto sulla società tanto quanto le precedenti tecnologie quantistiche che hanno consentito i computer moderni e Internet.

"La ricerca sulla capacità di costruire su scala sempre più piccola ha alimentato gran parte dello sviluppo tecnologico negli ultimi decenni. Ad esempio, è l'unico motivo per cui i cellulari di oggi hanno più potenza di calcolo rispetto ai supercomputer degli anni '80. La nostra ricerca cerca di aprire la strada per poter costruire alla scala più piccola possibile, vale a dire la scala atomica, e sono entusiasta di vedere come le nostre scoperte influenzeranno i progressi tecnologici in futuro, "dice il professore associato Andersen.

I risultati dell'esperimento hanno mostrato che ci è voluto molto più tempo del previsto per formare una molecola rispetto ad altri esperimenti e calcoli teorici, che attualmente sono insufficienti a spiegare questo fenomeno. Mentre i ricercatori suggeriscono meccanismi che potrebbero spiegare la discrepanza, evidenziano la necessità di ulteriori sviluppi teorici in quest'area della meccanica quantistica sperimentale.