I processi di trasporto sono onnipresenti in natura, ma solleva ancora molte domande. Il team di ricerca intorno a Florian Meinert del Quinto Istituto di Fisica dell'Università di Stoccarda ha ora sviluppato un nuovo metodo per osservare una singola particella carica nel suo percorso attraverso una densa nuvola di atomi ultrafreddi. I risultati sono stati pubblicati in Lettere di revisione fisica e sono ulteriormente riportati in una colonna Viewpoint nella rivista Fisica .

Il team di Meinert ha utilizzato un condensato di Bose-Einstein (BEC) per i propri esperimenti. Questo stato esotico della materia consiste in una densa nuvola di atomi ultrafreddi. Per mezzo di una sofisticata eccitazione laser, i ricercatori hanno creato un singolo atomo di Rydberg all'interno del gas. In questo atomo gigante, l'elettrone è mille volte più lontano dal nucleo rispetto allo stato fondamentale e quindi legato solo molto debolmente al nucleo. Con una sequenza appositamente progettata di impulsi di campo elettrico, i ricercatori hanno strappato l'elettrone dall'atomo. L'atomo precedentemente neutro si è trasformato in uno ione con carica positiva che è rimasto quasi a riposo nonostante il processo di distacco dell'elettrone.

Nel passaggio successivo, i ricercatori hanno utilizzato precisi campi elettrici per tirare lo ione in modo controllato attraverso la densa nuvola di atomi nel BEC. Lo ione ha preso velocità nel campo elettrico, si scontrò sulla sua strada con altri atomi, rallentò e fu nuovamente accelerato dal campo elettrico. L'interazione tra accelerazione e decelerazione da collisioni ha portato a un movimento costante dello ione attraverso il BEC.

"Questo nuovo approccio ci consente di misurare per la prima volta la mobilità di un singolo ione in un condensato di Bose-Einstein, "dice Thomas Dieterle, un dottorato di ricerca studente che ha partecipato all'esperimento. Il prossimo obiettivo dei ricercatori è osservare le collisioni tra un singolo ione e atomi a temperature ancora più basse, dove la meccanica quantistica invece della meccanica classica detta i processi. "Nel futuro, il nostro sistema modello appena creato, il trasporto di un singolo ione, consentirà una migliore comprensione dei processi di trasporto più complessi che sono rilevanti nei sistemi a molti corpi, per esempio., in certi solidi o in superconduttori, " Dice Meinert. Queste misurazioni sono anche un passo importante sulla strada per studiare quasi-particelle esotiche, cosiddetti polaroni, che può nascere dall'interazione tra atomi e ioni.

Il vicino laboratorio dell'istituto sta già lavorando a un microscopio ionico che consentirà ai ricercatori di osservare direttamente le collisioni tra atomi e ioni. Mentre un microscopio elettronico utilizza particelle cariche negativamente per creare un'immagine, questo è ciò che accade in un microscopio ionico con ioni caricati positivamente. Le lenti elettrostatiche deviano gli ioni in modo simile ai raggi luminosi in un microscopio ottico classico.