In uno sforzo pionieristico, i ricercatori dell’Università di Innsbruck, in collaborazione con l’Università di Durham, hanno ottenuto per la prima volta la condensazione di Bose-Einstein di atomi di cesio non allo stato fondamentale. Pubblicato in Comunicazioni sulla natura , questa ricerca apre la strada a nuovi esperimenti con gas atomici ultrafreddi e allo studio della fisica quantistica a molti corpi.
Il mondo degli atomi, tipicamente caratterizzato da caos e calore casuali, subisce una notevole trasformazione quando gli atomi vengono drasticamente raffreddati. A temperature appena sopra lo zero assoluto, gli atomi entrano in uno stato quantico unico noto come condensato di Bose-Einstein (BEC), dove si comportano come un’unica entità coerente. La prima realizzazione riuscita di un BEC avvenne nel 1995, 70 anni dopo la previsione teorica di Albert Einstein e Satyendra Nath Bose.
Da allora, i ricercatori hanno approfondito le proprietà peculiari di questi gas ultrafreddi per svelare i misteri della meccanica quantistica. Inoltre, i gas atomici ultrafreddi, noti per il loro elevato grado di controllabilità, sono serviti come preziosi banchi di prova per la fisica quantistica a pochi e molti corpi.
Il cesio, in particolare, è stato determinante in questo senso grazie al suo ricco panorama di risonanze Feshbach, consentendo una precisa regolazione delle interazioni. Tradizionalmente, il cesio è stato condensato nel suo stato fondamentale assoluto. Ora, i ricercatori dell'Università di Innsbruck, in collaborazione con un team teorico dell'Università di Durham, hanno per la prima volta ottenuto la condensazione degli atomi di cesio nello stato mF=2 eccitato da Zeeman, una configurazione dello stato non fondamentale. /P>
"Il raggiungimento della condensazione di Bose-Einstein dipende dal mantenimento di un rapporto favorevole tra collisioni buone e cattive. Le collisioni elastiche svolgono un ruolo cruciale nel guidare il processo di evaporazione e termalizzazione, mentre le collisioni anelastiche a due corpi e la ricombinazione a tre corpi possono diminuire l'efficienza di raffreddamento , forse al punto che il BEC non può essere raggiunto", spiega Milena Horvath, la prima autrice dello studio.
Il team ha identificato due distinte regioni del campo magnetico in cui è possibile la condensazione, con perdite trascurabili a due corpi e perdite a tre corpi sufficientemente soppresse. "La condensazione degli atomi di cesio in questa configurazione dello stato non fondamentale ha anche rivelato alcuni interessanti e inaspettati meccanismi di perdita di tre corpi", afferma Horvath.
"La scoperta di meccanismi inattesi di perdita di tre corpi evidenzia le complessità dei sistemi atomici ultrafreddi e sottolinea l'importanza di una sperimentazione dettagliata", aggiunge lo scienziato capo Hanns-Christoph Nägerl.
Quest’ultimo risultato si basa su due decenni di progressi da quando il cesio è stato condensato per la prima volta a Innsbruck nel 2003, dimostrando i progressi in corso nel campo. "Questo risultato si aggiunge alla ricca storia della ricerca quantistica a Innsbruck", afferma Hanns-Christoph Nägerl.
"Mentre continuiamo il nostro viaggio, non vediamo l'ora di approfondire la nostra comprensione della fisica quantistica a molti corpi, come la fisica delle impurità e dei polaroni, nonché le transizioni di fase topologiche e le miscele di gas quantistici."
Ulteriori informazioni: Milena Horvath et al, Condensazione di Bose-Einstein di atomi di cesio non nello stato fondamentale, Nature Communications (2024). DOI:10.1038/s41467-024-47760-0
Informazioni sul giornale: Comunicazioni sulla natura
Fornito dall'Università di Innsbruck
