Gli atomi vengono polarizzati dal raggio di luce e iniziano ad attrarsi a vicenda. Credito:Harald Ritsch / TU Wien
Per la prima volta in laboratorio è stato creato uno speciale stato di legame tra gli atomi:con un raggio laser, gli atomi possono essere polarizzati in modo che siano caricati positivamente da un lato e negativamente dall'altro. Questo li fa attrarre l'un l'altro creando uno stato di legame molto speciale, molto più debole del legame tra due atomi in una molecola ordinaria, ma comunque misurabile. L'attrazione viene dagli atomi polarizzati stessi, ma è il raggio laser che dà loro la capacità di farlo:in un certo senso, è una "molecola" di luce e materia.
Teoricamente, questo effetto è stato previsto da molto tempo, ma ora gli scienziati del Centro per la Scienza e la Tecnologia Quantistica di Vienna (VCQ) della TU Wien, in collaborazione con l'Università di Innsbruck, sono riusciti a misurare questo legame atomico esotico per il primo volta. Questa interazione è utile per manipolare atomi estremamente freddi e l'effetto potrebbe anche svolgere un ruolo nella formazione di molecole nello spazio. I risultati sono stati ora pubblicati sulla rivista scientifica Physical Review X .
Carica positiva e negativa
In un atomo elettricamente neutro, un nucleo atomico caricato positivamente è circondato da elettroni carichi negativamente, che circondano il nucleo atomico proprio come una nuvola. "Se ora si attiva un campo elettrico esterno, questa distribuzione della carica si sposta leggermente", spiega il prof. Philipp Haslinger, la cui ricerca presso l'Atominstitut del TU Wien è supportata dal programma FWF START. "La carica positiva è leggermente spostata in una direzione, la carica negativa leggermente nell'altra direzione, l'atomo ha improvvisamente un lato positivo e uno negativo, è polarizzato."
La luce è solo un campo elettromagnetico che cambia molto rapidamente, quindi è anche possibile creare questo effetto di polarizzazione con la luce laser. Quando più atomi sono uno accanto all'altro, la luce laser li polarizza tutti esattamente allo stesso modo:positivo a sinistra e negativo a destra, o viceversa. In entrambi i casi, due atomi vicini girano cariche diverse l'una verso l'altra, generando una forza attrattiva.
Esperimenti con la trappola atomica
"Questa è una forza attrattiva molto debole, quindi è necessario condurre l'esperimento con molta attenzione per poterla misurare", afferma Mira Maiwöger di TU Wien, la prima autrice della pubblicazione. "Se gli atomi hanno molta energia e si muovono velocemente, la forza attrattiva scompare immediatamente. Ecco perché è stata utilizzata una nuvola di atomi ultrafreddi."
Gli atomi vengono prima catturati e raffreddati in una trappola magnetica su un chip atomico, una tecnica che è stata sviluppata presso l'Atominstitut nel gruppo del Prof. Jörg Schmiedmayer. Quindi la trappola viene spenta e rilascia gli atomi in caduta libera. La nuvola di atomi è "ultrafredda" a meno di un milionesimo di Kelvin, ma ha abbastanza energia per espandersi durante l'autunno. Tuttavia, se gli atomi vengono polarizzati con un raggio laser durante questa fase e quindi si crea una forza di attrazione tra di loro, questa espansione della nuvola atomica viene rallentata, ed è così che viene misurata la forza di attrazione.
Laboratorio quantistico e spazio
"La polarizzazione di singoli atomi con raggi laser non è praticamente una novità", afferma Matthias Sonnleitner, che ha gettato le basi teoriche per l'esperimento. "La cosa cruciale del nostro esperimento, tuttavia, è che siamo riusciti per la prima volta a polarizzare diversi atomi insieme in modo controllato, creando tra loro una forza attrattiva misurabile."
Questa forza attrattiva è uno strumento complementare per il controllo degli atomi freddi. Ma potrebbe anche essere importante in astrofisica:"Nella vastità dello spazio, le piccole forze possono svolgere un ruolo significativo", afferma Philipp Haslinger. "Qui, siamo stati in grado di mostrare per la prima volta che la radiazione elettromagnetica può generare una forza tra gli atomi, che può aiutare a gettare nuova luce su scenari astrofisici che non sono stati ancora spiegati". + Esplora ulteriormente
