(PhysOrg.com) -- “Per la prima volta, si sono intersecati campi di studio relativi sia agli atomi freddi che alla nanoscala, ” racconta Lene Vestergaard Hau PhysOrg.com . “Anche se entrambe sono state aree attive di ricerca, gli atomi freddi non sono stati riuniti con strutture su scala nanometrica a livello di singolo nanometro. Questo è un sistema totalmente nuovo”.

Hau è Mallinckrodt Professor di Fisica e Fisica Applicata all'Università di Harvard. Insieme al collega J.A. Golovchenko, e gli studenti laureati Anne Goodsell e Trygve Ristroph, che sono nel suo laboratorio ad Harvard, Hau è stato in grado di impostare un esperimento che consente l'osservazione della cattura e della ionizzazione di campo di atomi freddi. Il loro lavoro può essere trovato in Lettere di revisione fisica: "Ionizzazione di campo di atomi freddi vicino alla parete di un singolo nanotubo di carbonio".

“Ciò che abbiamo osservato ha una serie di interessanti implicazioni fondamentali e pratiche, "Hau dice. "Confrontiamo persino gli effetti con quelli di un buco nero". Lei è pronta a sottolineare, anche se, che l'effetto del buco nero su scala atomica non è gravitazionale. “È un effetto creato da un campo elettrico, che crea una singolare attrazione su un atomo e alla fine lo fa a pezzi. Queste dinamiche hanno somiglianze con ciò che accade in un buco nero».

Per creare l'effetto, Hau e il suo team hanno coltivato un nanotubo di carbonio a parete singola nel loro laboratorio. Il nanotubo era lungo - 10 micron - e sospeso liberamente. Il nanotubo è stato anche caricato fino a 300 volt, una situazione molto insolita per un nanotubo. Gli atomi freddi sono stati quindi introdotti nella camera a vuoto che contiene il nanotubo. “Abbiamo lanciato una nuvola atomica fredda verso il nanotubo, e a causa della sua carica, gli atomi sono stati aspirati e catturati, "Hau spiega.

Una volta catturato, un atomo inizia su un percorso a spirale, orbitando sempre più rapidamente, fino a quando non viene strappato molto vicino al nanotubo. L'elettrone viene risucchiato, e uno ione positivo viene espulso ad alta energia. Questo ione viene rilevato quando viene espulso dal nanotubo.

“Quando l'elettrone viene attratto, passa attraverso un processo di tunneling, "Hau spiega. “Deve attraversare aree che sono classicamente vietate. Il processo è quantomeccanico. Possiamo osservare l'interazione dell'atomo e del nanotubo mentre l'elettrone sta cercando di scavare un tunnel, e questo ci offre la possibilità di sbirciare alcune delle dinamiche interessanti che si verificano su scala nanometrica”.

Un'altra possibilità è che questa combinazione di atomi freddi con strutture su scala nanometrica potrebbe portare a nuovi stati della materia. “Dal momento che ora sappiamo come risucchiare gli atomi in orbita a velocità di rotazione così elevate, potrebbe portare a un nuovo stato di materia atomica fredda che potrebbe essere molto interessante da studiare, ” Hau sottolinea.

In pratica, anche questo nuovo sistema ha del potenziale. “Potremmo realizzare rilevatori molto sensibili, "Hau dice. "Cose come gli 'atom sniffer' che rilevano i gas traccia potrebbero essere un'applicazione per questo lavoro. Inoltre, la possibilità di una precisione al singolo nanometro significa una risoluzione spaziale super elevata. Questo sistema potrebbe essere utilizzato negli interferometri — interferometri costruiti su un singolo chip e basati su atomi freddi, che sarebbe importante per la navigazione, Per esempio."

Per adesso, anche se, Hau e il suo gruppo si stanno concentrando sul perfezionamento della loro tecnica. “Vogliamo perseguire sia l'aspetto fondamentale della creazione di nuovi stati della materia fredda, e lo sviluppo di rivelatori sensibili. Questo è qualcosa di veramente nuovo, e ha il potenziale per essere sviluppato in applicazioni pratiche”.

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