Attraverso un raggio laser è possibile la polarizzazione degli atomi in modo che possano caricarsi positivamente da un lato e negativamente dall'altro. Di conseguenza, sono attratti l'uno dall'altro, creando uno stato di legame unico che è significativamente più debole del legame tra due atomi in una molecola specifica ma tuttavia quantificabile. Il raggio laser, che può essere pensato come una "molecola" di luce e materia, in un certo senso conferisce agli atomi polarizzati il potere di attrarsi a vicenda.
Questo fenomeno è stato a lungo previsto teoricamente, ma i ricercatori del Università di Innsbruck e il Centro di Vienna per la scienza e la tecnologia quantistica (VCQ) a Vienna University of Technology hanno ora ottenuto la prima misurazione di questa insolita connessione atomica. Per la prima volta in laboratorio hanno creato uno stato di legame molto speciale tra gli atomi. Questa interazione può essere utilizzata per manipolare atomi molto freddi e può anche influenzare il modo in cui le molecole si formano nello spazio.
Il Prof. Philipp Haslinger, la cui ricerca presso l'Atominstitut del TU Wien è supportata dal programma FWF START, ha affermato: “In un atomo elettricamente neutro, un nucleo atomico caricato positivamente è circondato da elettroni carichi negativamente, che circondano il nucleo atomico proprio come una nuvola. Se ora accendi un campo elettrico esterno, questa distribuzione della carica cambia leggermente.
"La carica positiva è leggermente spostata in una direzione, la carica negativa leggermente nell'altra direzione, l'atomo ha improvvisamente un lato positivo e uno negativo, polarizzati."
La creazione di un effetto di polarizzazione con la luce laser è possibile poiché la luce è solo un campo elettromagnetico che cambia rapidamente. La luce polarizza tutti gli atomi (se posti uno accanto all'altro) allo stesso modo: positivo a sinistra e negativo a destra, o viceversa. In entrambi i casi, due atomi vicini girano cariche diverse l'una verso l'altra, creando una forza tra di loro.
Mira Maiwöger di TU Wien, la prima autrice della pubblicazione, ha dichiarato: “Questa è una forza attrattiva molto debole, quindi devi sperimentare con molta attenzione per poterla misurare. Se gli atomi hanno molta energia e si muovono velocemente, la forza attrattiva scompare immediatamente. Questo è il motivo per cui è stata utilizzata una nuvola di atomi ultrafreddi”.
Mira Maiwöger di TU Wien, la prima autrice della pubblicazione, ha dichiarato: “Questa è una forza attrattiva molto debole, quindi devi sperimentare con molta attenzione per poterla misurare. Se gli atomi hanno molta energia e si muovono velocemente, la forza attrattiva scompare immediatamente. Questo è il motivo per cui è stata utilizzata una nuvola di atomi ultrafreddi”.
Gli scienziati hanno utilizzato una tecnica in cui hanno prima catturato e poi raffreddato gli atomi in una trappola magnetica su un chip atomico. Gli atomi vengono quindi rilasciati in caduta libera dopo aver spento la trappola. Nonostante sia "ultrafredda" - con una temperatura inferiore a un milionesimo di Kelvin - la nuvola di atomi ha energia sufficiente per crescere durante l'autunno. Tuttavia, questa crescita della nuvola atomica viene rallentata se gli atomi vengono polarizzati con un raggio laser durante questa fase, creando una forza di attrazione tra di loro. Così si misura la forza attrattiva.
Matthias Sonnleitner, che ha gettato le basi teoriche per l'esperimento, ha detto: “La polarizzazione di singoli atomi con raggi laser non è una novità. La cosa cruciale del nostro esperimento, tuttavia, è che siamo riusciti per la prima volta a polarizzare insieme diversi atomi in modo controllato, creando una forza di attrazione misurabile tra di loro".
Filippo Haslinger disse, “Questa forza attrattiva è uno strumento complementare per il controllo degli atomi freddi. Ma potrebbe anche essere importante in astrofisica: nella vastità dello spazio, piccole forze possono svolgere un ruolo significativo. Qui, siamo stati in grado di mostrare per la prima volta che la radiazione elettromagnetica può generare una forza tra gli atomi, che può aiutare a gettare nuova luce su scenari astrofisici che non sono stati ancora spiegati”.
Riferimento della Gazzetta:
- Mira Maiwöger, Matthias Sonnleitner et al. Osservazione delle forze dipolo-dipolo indotte dalla luce in gas atomici ultrafreddi. Fis. Rev. X 12, 031018 – Pubblicato l'27 luglio 2022. DOI: 10.1103/PhysRevX.12.031018
