Una tecnica per estendere la funzione d'onda di atomi raffreddati con tecniche laser

La funzione d'onda spaziale di atomi è una delle proprietà più importanti nella realizzazione di nuovi dispositivi, o sensori, basati sulla natura quantistica della materia: dalla capacità della funzione di manipolare la natura della materia dipende, infatti, la capacità di realizzare applicazioni che potrebbero surclassare l'attuale stato dell'arte di giroscopi, accelerometri, orologi, fino ad arrivare ai calcolatori quantistici. Tale funzione è generalmente una grandezza molto fragile rispetto a perturbazioni esterne: per quanto concerne le particelle atomiche, la sua estensione va dalla frazionedi nanometro per sistemi a temperatura ambiente, fino a qualche decina di micrometri per gas ultrafreddi alla degenerazione quantistica. Volendone modificare le proprietà, la probabilità di rottura, ovvero di perderne le pro- prietà di coerenza quantistica, aumenta in modo critico all'aumentare della sua estensione. Attraverso le ricerche condotte presso l'Istituto Nazionale di Ottica del CNR, in collaborazione con il Laboratorio LENS di Firenze, si è individuato un nuovo metodo sperimentale per estendere e manipolare la funzione d'onda di atomi raffreddati con tecniche laser e intrappolati in potenziali periodici realizzati attraverso figure d'interferenza di fasci luminosi. Applicando un'accelerazione assiale periodica al potenziale reticolare di intrappolamento, si attiva dinamica- mente il trasporto (tunneling) fra siti reticolari, per cui la funzione d'onda atomica inizialmente estesa su meno di 500 nano metri, ovvero circa due siti reticolari, viene allungata fino a oltre un millimetro, quindi delocalizzandola su più di 4.000 siti reticolari. L'aspetto innovativo risiede nel fatto che il processo di allungamento mantiene le caratteristiche di coerenza della funzione d'onda atomica e, agendo sui parametri di modulazione facilmente controllabili, è possibile renderlo totalmente reversibile. Inoltre, questo metodo di controllo del trasporto quantistico ha utilizzato come specie atomica lo stronzio, uno dei candidati più promettenti per la realizzazione di dispositivi e sensori quantistici di nuova generazione.

Autori: A. Alberti, V. V. Ivanov, G. M. Tino e G. Ferrari

Titolo: Engineering the Quantum Transport of Atomic Wavefunctions over Macroscopic Distances

Rivista: Nature Physics

Anno: 2009

Riferimenti bibliografici: Letters Published online: 28 june 2009, doi: 10.1038/nphys1310