confinamento di atomi

confinamento di atomi

confinaménto di àtomi. – Argomento di grande interesse nella fisica contemporanea che concerne la possibilità di intrappolare campioni atomici, ossia confinare il loro moto in una regione finita dello spazio. Nel campo della fisica delle basse energie, un problema strettamente collegato a quello dell’intrappolamento riguarda l'opzione di raffreddare gli atomi, ossia di diminuire la loro velocità media. La frontiera di intrappolare e raffreddare campioni atomici con il solo utilizzo di campi elettromagnetici statici e oscillanti permette di confinarli in un ambiente ad altissimo vuoto e lontano da pareti materiali: in questo modo si può disporre di tempi di osservazione lunghi e di un isolamento totale del campione intrappolato dall’ambiente esterno. Nell’ambito della fisica atomica la possibilità di manipolare i gradi di libertà esterni di campioni atomici risulta importante, in particolare, nel campo della spettroscopia di precisione, per la realizzazione di orologi atomici (in cui il riferimento di frequenza è fissato dalla differenza di energia di transizioni elettroniche), e in quello dell’ottica atomica, dove le proprietà ondulatorie di gas atomici a bassissima temperatura (tipicamente pochi μK) vengono utilizzate per esperimenti di interferometria. Inoltre, la possibilità di intrappolare gas atomici in potenziali confinanti realizzati con il solo utilizzo di campi elettromagnetici ha permesso lo sviluppo di nuove tecniche di raffreddamento (raffreddamento evaporativo) che hanno consentito il raggiungimento del regime di degenerazione quantistica, con la produzione di condensati di Bose-Einstein (nel caso di bosoni, ossia di particelle con spin intero) e di gas degeneri di Fermi (nel caso di fermioni, ossia di particelle con spin semintero). Nel caso di particelle cariche (per es., ioni) il modo più semplice per realizzare delle trappole consiste nell’utilizzare la forza di Coulomb a cui è soggetta la particella carica in un campo elettrico non uniforme. Nel caso di atomi neutri questa tecnica non può essere applicata e si deve ricorrere ad altri metodi, che si basano su diversi processi di interazione. Esistono, quindi, diverse tipologie di trappole per atomi neutri: trappole a pressione di radiazione, le quali sfruttano il trasferimento di impulso fra l’atomo e un campo di radiazione quasi risonante in un processo di assorbimento ed emissione spontanea; trappole magnetiche, che sfruttano l’interazione fra un campo magnetico non uniforme e il momento di dipolo magnetico proprio dell’atomo; trappole ottiche di dipolo, le quali sfruttano l’interazione fra un campo elettrico oscillante e il momento di dipolo elettrico indotto nell’atomo dal campo stesso. La possibilità di confinare campioni atomici ultrafreddi con il solo utilizzo di campi elettromagnetici continuerà ad avere un ruolo fondamentale nel campo della fisica delle basse energie, soprattutto in connessione con la produzione di campioni atomici alla degenerazione quantistica. L’importanza di queste tecniche di intrappolamento è duplice. Da un lato, infatti, esse permettono di studiare problemi di fisica fondamentale (per es., transizioni di fase quantistiche e fenomeni di trasporto in potenziali periodici) su campioni perfettamente isolati dall’ambiente esterno e di avere un controllo estremamente preciso delle forze che agiscono sul sistema. Inoltre, da un punto di vista più applicativo, tali tecniche possono essere utilizzate nel campo dell’interferometria atomica come strumenti per lo sviluppo di sensori ad altissima precisione, per es., per la costruzione di sistemi di navigazione o per la misura di forze a piccola distanza.