Una nuova finestra sui gas quantistici
La maggior parte della materia esiste in tre stati: solido, liquido o gassoso. Un quarto stato della materia, il plasma, esiste in alcuni luoghi a energia molto elevata, ad esempio incendi o il nucleo di una stella. Un quinto stato della materia chiamato condensato di Bose-Einstein (BEC) è associato allo stato con livello di energia più basso possibile, che si raggiunte a temperature vicine allo zero assoluto. Anche se non tutti gli atomi formano condensati di Bose-Einstein nel loro cammino verso la temperatura più fredda possibile nell’Universo, quelli super raffreddati entrano in un regime quantistico degenerato condensato. Tutti gli atomi tentano di ottenere il medesimo (più basso) stato di energia. La degenerazione quantistica è stata dimostrata solo per pochi elementi, tra i quali alcuni metalli alcalini e l’itterbio. La generazione di queste condizioni apre una finestra sui problemi fondamentali della fisica, l’elaborazione dell’informazione quantistica e l’ottica quantistica. Gli scienziati finanziati dall’UE hanno sviluppato importanti tecniche per espandere la gamma dei fenomeni difficili da studiare accessibili mediante gli esperimenti sugli atomi ultrafreddi attraverso il progetto YTTERBIUMSPINLATTICE. Un allestimento sperimentale per generare potenziali ottici e intrappolare otticamente e raffreddare qualsiasi isotopo stabile di itterbio apre la strada a numerosi esperimenti possibili con atomi alcalini. L’allestimento consente l’eccitazione degli atomi a specifici stati di spin e il controllo e la misurazione di questi stati. Poiché molte proprietà fondamentali dell’itterbio non sono ben caratterizzate, gli scienziati hanno cominciato a indagare su alcune di queste. Questi esperimenti con un gas quantistico di itterbio ha portato direttamente alla prima osservazione di una delle sue proprietà significative (energia di interazione scambio-spin). Il valore misurato era molto più alto del previsto, così alto che dovrà essere ulteriormente analizzato per determinare l’impatto sulle strategie sperimentali. Il processo di scambio è stato osservato direttamente, aprendo la strada alle simulazioni quantistiche sperimentali dei modelli a materia condensata basati sulle interazioni orbitali. Tali esperimenti ne includono uno a cui si mirava originariamente nella proposta. Erano fuori portata con gli atomi degli elementi alcalini ultrafreddi. Quindi, YTTERBIUMSPINLATTICE ha messo un nuovo potente strumento nelle mani dei ricercatori della comunità dei gas ultrafreddi. Il suo uso promette di far luce su alcune delle questioni aperte della fisica e fornire indicazioni per lo sviluppo di nuovi dispositivi quantistici.
