Un team di fisici dell’Università di Harvard è riuscito per la prima volta a intrappolare singole molecole poliatomiche in una serie di pinzette ottiche. Nel loro articolo pubblicato sulla rivista Nature , il gruppo descrive come hanno raggiunto la loro impresa e i possibili usi per essa. Un briefing di ricerca descrive anche il loro lavoro nello stesso numero della rivista.
Il raffreddamento degli atomi a temperature molto fredde ha permesso di controllare i loro stati energetici, il che a sua volta ha portato allo sviluppo di diversi tipi di tecnologie, come gli orologi atomici. I fisici sospettano che fare lo stesso per le molecole potrebbe offrire risultati simili, ma farlo si è rivelato una sfida formidabile a causa di fattori aggiuntivi coinvolti, come la rotazione e la vibrazione.
È stato riscontrato un certo successo nelle molecole con solo due atomi, ma quelle con più atomi si sono rivelate problematiche. In questo nuovo impegno, il team di ricerca ha trovato un modo per controllare un tipo di molecola con tre atomi:CaOH.
Per controllare le singole molecole, i ricercatori hanno iniziato isolandone diverse in una camera a vuoto raffreddata a una temperatura appena inferiore a 100 microkelvin e quindi utilizzando una serie di pinzette ottiche (laser) per separarle, consentendo al team di concentrare i propri sforzi su una singola molecola. Ciò ha permesso loro di manipolare le molecole in uno stato fondamentale quantistico.
Una volta ottenuto ciò, il team ha ideato un modo per visualizzare l'immagine di una singola molecola, dimostrando che una determinata pinzetta veniva caricata senza distruggere la molecola che stavano studiando. Ciò ha comportato l'uso di laser aggiuntivi, anche se il team ha scoperto che dovevano sintonizzarli in un modo particolare per mitigare l'interferenza tra le interazioni dei raggi laser e la struttura della molecola.
I ricercatori hanno poi forzato la molecola in uno stato quantistico desiderato, che ha permesso loro di controllarne la vibrazione, la rotazione e la rotazione nucleare. Hanno quindi ripreso l'immagine della molecola per saperne di più sul risultato delle loro manipolazioni.
Il team di ricerca suggerisce che la loro tecnica potrebbe essere utilizzata con altre molecole a tre atomi, aprendo nuove strade alla ricerca molecolare poliatomica.
Ulteriori informazioni: Nathaniel B. Vilas et al, Una serie di pinzette ottiche di molecole poliatomiche ultrafredde, Natura (2024). DOI:10.1038/s41586-024-07199-1
Controllo di singole molecole poliatomiche in una matrice ottica per applicazioni quantistiche, Natura (2024). DOI:10.1038/d41586-024-01009-4
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