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Caratterizzare le nuvole atomiche in collisione

Gli atomi raffreddati a una temperatura prossima allo zero assoluto condensano in un nuovo stato della materia, e cose incredibili iniziano ad accadere. Scienziati sostenuti dall'UE hanno fortemente contribuito alla nostra comprensione dei comportamenti di tali nuovi sistemi.
Caratterizzare le nuvole atomiche in collisione
I condensati di Bose-Einstein (BEC) sono forme uniche della materia, un quinto stato dopo quelli solido, liquido, gassoso e di plasma ad alta energia. Queste nuvole artificiali di atomi ultrafreddi sono la cosa esistente più fredda conosciuta nell'universo. Esse si formano quando atomi separati raffreddati a una temperatura prossima allo zero assoluto si fondono in un'entità di meccanica quantistica, e si comportano poi come un'unica onda di materia coerente con proprietà straordinarie. Einstein aveva previsto l'esistenza di tali forme della materia nel 1924, sulla base delle formulazioni dello scienziato indiano Bose. Ma si è dovuto aspettare fino al 1995 per la realizzazione del primo BEC, che ha fatto ottenere il premio Nobel 2001 per la fisica allo scienziato responsabile.

Negli ultimi 20 anni la ricerca sui comportamenti dei BEC si è ampliata enormemente, portando ad applicazioni nei campi dell'imaging, della memoria quantica e della strumentazione per misurazioni ad alta sensibilità. Ma pochi studi hanno variato sistematicamente un'ampia gamma di parametri in diverse situazioni per generare una conoscenza dettagliata del comportamento dinamico dei BEC. Il progetto QUANTUMDYNAMICS ("Characterisation of the basic elements of BEC dynamics beyond mean-field"), finanziato dall'UE, ha aperto la porta a nuove vie di ricerca con descrizioni e metodi completi e dettagliati.

Gli scienziati si sono concentrati sugli atomi dispersi al di fuori del condensato, per ottenere una fonte di particelle di massa quantisticamente correlate tramite entanglement. Hanno valutato situazioni come le collisioni di BEC e le interazioni con ostacoli e vortici. I ricercatori sono riusciti a ottenere mappe quantitative del comportamento come funzione di parametri di interesse fondamentali, con importanti conseguenze per la progettazione di nuovi esperimenti. Gli scienziati hanno inoltre sviluppato nuovi metodi di simulazione numerica, alcuni dei quali sono stati utilizzati nell'esperimento in corso sull'elio metastabile, dimostrando forti correlazioni non-classiche nelle coppie di atomi disperse dalle collisioni dei BEC. I risultati estendono gli storici esperimenti di ottica quantistica di diverse decine di anni fa sui campi luminosi e i fotoni non classici agli atomi massivi.

Gli esperimenti e le applicazioni sui BEC si stanno moltiplicando. Le metodologie e i risultati sviluppati nell'ambito d'azione di QUANTUMDYNAMICS fanno progredire di per sé il settore, oltre ad aumentare il potenziale di scoperta all'interno della comunità della fisica della materia condensata.

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