Fasci di ioni luminosi ottenuti da atomi freddi

Le fonti luminose di particelle cariche costituiscono una tecnologia chiave per un’enorme varietà di applicazioni, tra cui medicina, fisica delle particelle e microscopia elettronica. Un progetto finanziato dall’UE ha sviluppato fasci di particelle basati su atomi ultrafreddi che dimostrano prestazioni migliori rispetto ai convenzionali fasci ionici focalizzati.

Ricerca di base

Il raffreddamento e l’intrappolamento laser hanno rivoluzionato la fisica atomica, aprendo la strada, tra gli altri avanzamenti, a nuovi tipi di materia. I progressi in questo campo si riflettono nei due premi Nobel assegnati nel 1997 e nel 2001 per il plasma ultrafreddo e i condensati di Bose-Einstein, rispettivamente. Il fattore chiave che guida questo progresso è stata la capacità di produrre atomi estremamente freddi e di controllare il loro comportamento a temperatura ambiente. Il raffreddamento laser può ridurre significativamente la velocità degli atomi che sfrecciano attorno. Il progetto COLDBEAMS (Ultra-cold gas for the production of a bright electron and monochromatic ion source), finanziato dall’UE, ha riunito ricercatori provenienti da diversi settori: produzione di fasci di ioni focalizzati, raffreddamento laser e manipolazione di atomi neutri. Il loro scopo era quello di sviluppare nuove fonti di elettroni e ioni basate su atomi raffreddati tramite laser. I ricercatori hanno usato atomi raffreddati al laser per produrre fasci di ioni focalizzati ad alta luminosità. Il raffreddamento e l’intrappolamento laser possono comportare benefici anche per aree diverse dalla fisica atomica, tra cui la scienza su scala nanometrica, dove i fasci di ioni focalizzati possono essere utilizzati per preparare i campioni per la microscopia elettronica e studiare le superfici dei materiali. Il risultato riguarda lo sviluppo di un fascio luminoso collimato di atomi di cesio raffreddati e intrappolati da una trappola magneto-ottica. Questo sistema di recente sviluppo ha dimostrato con successo l’utilizzo di atomi freddi per fasci di ioni focalizzati e incorporati sia in fasci di ioni che di elettroni, per applicazioni di fresatura e immaginografia. Il progetto COLDBEAMS ha inoltre dimostrato la capacità di produrre gruppi di ioni con quantità di carica predefinita e proprietà dinamiche controllate. I risultati preliminari sono stati pubblicati nella rivista Physical Review A in un articolo intitolato “High-flux monochromatic ion and electron beams based on laser-cooled atoms” (Fasci di ioni ed elettroni monocromatici a flusso elevato formati da atomi raffreddati a laser). I risultati del progetto contribuiranno a progressi scientifici e tecnologici in molte discipline, le quali spaziano tra fisica, chimica e biologia.