Atomi freddi e interazioni
I gas quantici ultrafreddi aleggiano a temperature vicine allo zero Kelvin (-273 gradi centigradi), detto anche zero assoluto perché fino a tempi recenti si credeva che fosse la temperatura più bassa possibile nell’Universo. Allo zero assoluto, le particelle smettono completamente di muoversi e tutto il disordine scompare. Questo sistema è diventato terreno fertile per gli studi di sistemi quantici a molti corpi, fornendo quotidianamente nuove conoscenze sulla natura dell’Universo. Gli scienziati hanno sfruttato atomi altamente eccitati e raffreddati al laser (atomi di Rydberg) per studiare le interazioni tra le particelle, grazie al finanziamento dell’UE del progetto 1DDIPOLARGAS (“Strongly correlated dipolar quantum gases with tuneable interactions in one-dimensional traps”). I plasmi sono la fase più prevalente della materia nell’Universo. Sono atomi ionizzati, principalmente ioni ed elettroni liberi. Sebbene siano generalmente creati utilizzando temperature molto elevate, ora è possibile utilizzare la fotoionizzazione di orbitali atomici raffreddati a laser, con la produzione di plasmi simili a quelli contenuti in oggetti molto densi, come il nucleo di Giove. Questo li trasforma in una finestra sull’Universo in laboratorio. I ricercatori del progetto hanno scoperto un nuovo modo per produrre plasma ultrafreddo che supera i limiti attuali alle temperature più basse raggiungibili. Potrebbe aprire la strada a una conoscenza più approfondita della fisica dei giganti gassosi. I ricercatori hanno anche studiato la formazione dei sistemi correlati di aggregati di Rydberg composti da atomi di Rydberg multipli. Applicando i metodi statistici adottati dalla fisica della materia condensata, hanno aperto una nuova finestra sul meccanismo di formazione e introdotto un nuovo modo per studiare tali sistemi. I ricercatori hanno inoltre sfruttato la trasparenza elettromagneticamente indotta (EIT), un effetto di interferenza quantica in luce confinata. Gli scienziati hanno esteso la descrizione delle interazioni tra atomi e luce. Hanno inoltre sviluppato un modello di sistema basato su EIT dall’osservazione diretta del trasporto di energia importante in sistemi foto sintetici, applicabile direttamente alla conoscenza dell’efficienza nel fotovoltaico che sfrutta la luce. Ulteriori risultati pioneristici aprono la strada a studi sulla transizione da regimi classici a quantici in un modo controllato con precisione. Importanti studi che hanno fatto uso di gas ultrafreddi durante il progetto 1DDIPOLARGAS hanno migliorato l’utilità di tali sistemi sia per la ricerca di base che per la ricerca applicata. Dalla natura fondamentale dell’Universo al fotovoltaico applicato, l’impatto sarà evidente in tutta la comunità scientifica.
Parole chiave
Gas, quantum, ultrafreddo, Rydberg, plasma, correlato, trasparenza elettromagneticamente indotta, EIT