Misurazioni quantistiche negli atomi ultrafreddi
I chip di atomi sono come piccole cassette degli arnesi sperimentali per lo studio del mondo quantistico. Mentre un chip semiconduttore manipola gli elettroni che si muovono al suo interno, un chip atomico intrappola, manipola e misura gli atomi che si librano a distanza microscopica al suo esterno, in un vuoto ultraspinto. Gli atomi intrappolati da tali chip possono essere superraffreddati sino a una regione in cui la loro posizione e velocità vengono controllate. Tali atomi ultrafreddi, parte dei gas ultrafreddi, vengono utilizzati in numerosi esperimenti che studiano l'elaborazione quantistica delle informazioni e la metrologia quantistica, l'utilizzo di tecniche quantistiche per aumentare la precisione statistica delle misurazioni. I ricercatori europei hanno dato inizio al progetto SRAFI (Spatially resolved atom fluorescence imaging") per applicare allo studio delle fluttuazioni di densità nei gas di Bose una nuova tecnica d'imaging per fluorescenza che consente la visualizzazione dei singoli atomi. Gli studi iniziali si sono concentrati sull'implementazione del rivelatore per singoli atomi basata sulla rivelazione dei fotoni disseminati dagli atomi quando questi attraversano un sottile foglio di luce lungo la loro traiettoria. In seguito, il team SRAFI ha utilizzato il metodo di rivelazione per studiare i gas di Bose quasi monodimensionali (1D) degenerati. La degenerazione nei gas di Bose (gas formati da bosoni che formano un nuovo stato della materia, i condensati di Bose-Einstein, quando vengono raffreddati a temperature molto basse) è associata a una scomparsa della correlazione normalmente presente tra la posizione probabile di una specifica particella nel gas e la posizione di un'altra particella. In altre parole, le posizioni divengono incorrelate. Gli scienziati hanno studiato sia le fluttuazioni di densità durante il tempo di volo quando gli atomi freddi di gas di Bose 1D venivano rilasciati dal chip atomico, sia i processi di rilassamento delle collisioni, che hanno fornito informazioni su energia e momenti in un'ottica quantistica. Per finire, il team ha accuratamente misurato l'energia di accoppiamento delle cosiddette giunzioni bosoniche 1D di Josephson per i gas utrafreddi, che è normalmente piuttosto difficile da misurare per via sperimentale. I risultati del progetto SRAFI contribuiranno alla comprensione quantistica della materia, con possibili future applicazioni nell'elaborazione quantistica delle informazioni.
