Una trappola magneto-ottica per creare una nuova classe di sensori quantistici

Al Dipartimento di Fisica e Astronomia "Augusto Righi" dell'Università di Bologna è arrivata una trappola magneto-ottica: uno strumento che, grazie a un campo magnetico e a una serie di fasci laser, è in grado di raffreddare gli atomi fino a una temperatura superiore di appena un decimillesimo di grado allo zero assoluto.

Questa strumentazione, che ha valso il premio Nobel per la Fisica nel 1997 ai suoi proponenti Steven Chu, Claude Cohen-Tannoudji e William Phillips, è oggi fondamentale per il funzionamento dei computer quantistici con atomi neutri.

Gli atomi intrappolati nel campo magnetico vengono colpiti dai raggi laser innescando cicli di assorbimento e di emissione di luce che portano a ridurre di un milione di volte la loro energia. Questo perché nella fase di emissione gli atomi rilasciano mediamente più energia di quanta ne assorbono.

La trappola magneto-ottica è stata installata nel Laboratorio di spettroscopia laser ed è utilizzata dal gruppo di ricerca diretto da Francesco Minardi e Marco Prevedelli. Ad osservarla in funzione per la prima volta c’erano anche Matteo Marchesini, Michelangelo Dondi e Leonardo Razzai, studenti iscritti al corso di dottorato in Fisica.

Lo strumento sarà operativo nell'ambito del progetto europeo CRYST3, coordinato dall'Alma Mater, che punta a sviluppare una nuova classe di sensori quantistici. Grazie alla luce che emettono nel corso del processo di raffreddamento, gli atomi sono infatti visibili all'interno della trappola, al centro di una camera ad ultra alto vuoto: gli studiosi possono quindi stabilirne il numero e la temperatura. La fase successiva dell’esperimento consisterà nel guidare gli atomi raffreddati all’interno di una speciale fibra ottica cava per farne un sensore di campi magnetici e accelerazioni.