IL NUOVO SAGGIATORE - Società Italiana di Fisica - If

IL NUOVO SAGGIATORE50Fig. 2. – Lunghezza d’onda di de Broglie e densità delcampione di 87 Rb durante le diverse fasi del raffreddamento:a grafici di questo genere si fa riferimento,in forma molto espressiva, come ad una odissea nellospazio delle fasi.Fig. 3. – Atomi freddi preparati in un opportuno sottolivelloZeeman possono essere «intrappolati» nelminimo di un campo magnetico. Riportiamo l’andamentodel modulo del campo magnetico lungo l’asse xper (a) un campo di quadrupolo con il minimo a zero,(b) un campo con andamento quadratico e minimo diversoda zero. In (c) viene riportato schematicamentel’andamento dell’energia dei livelli Zeeman, per un livellocon momento angolare totale pari a 2, in unatrappola magnetica armonica. I livelli con M42 edM41, la cui energia cresce al crescere del campo magnetico,sono livelli intrappolabili. hn RF rappresental’energia necessaria a compiere una transizione RFverso il livello M40, non più intrappolato dal campo,sfruttata per il raffreddamento evaporativo forzato.tà e temperatura proprio nel processo di interazioneatomo-fotone. Le temperature minimeosservabili sono limitate dal riscaldamentodovuto all’emissione spontanea mentre ledensità massime sono limitate dal riassorbimentodei fotoni diffusi e dalle collisioni checoinvolgono atomi negli stati eccitati. È statoquindi necessario sviluppare un metodo ulterioredi raffreddamento che, combinato conun aumento nella densità, consentisse di recuperarei sette ordini di grandezza ancoramancanti al raggiungimento di una densitànello spazio delle fasi dell’ordine dell’unità. Ilmetodo vincente è quello dell’evaporazioneforzata in una trappola magnetica.A questo scopo gli atomi, pre-raffreddatidal laser, vengono pompati otticamente, comeinsegnato da Gozzini in Italia negli anni sessanta,in un unico sottolivello Zeeman, quindicon un unico momento di dipolo magnetico m,per poi essere «trasferiti» in un campo magnetico.La configurazione di trappola magneticapiù semplice a realizzarsi è quella diquadrupolo, in cui si produce un campo magneticoa forte gradiente in modo che gli atomivengano intrappolati nel minimo del potenzialeU42 mnB.Il successivo passo consiste nel far via via«evaporare» gli atomi più caldi aspettandoche quelli rimanenti termalizzino a temperaturesempre più basse. Sorge subito un problema:un atomo che si muova in un campomagnetico resta orientato e quindi intrappolatose il suo momento magnetico precede intornoal campo e lo segue adiabaticamente.Questo non avviene quando la precessione diLarmor è lenta rispetto alla variazione di direzionedel campo magnetico, come nell’intornodi un punto in cui il campo si annulla, cheè proprio il caso della trappola magnetica diquadrupolo relativamente facile a realizzarsi(fig. 3a). Come previsto e calcolato da EttoreMajorana ( 5 ), gli atomi che passano vicino allozero del campo possono compiere una transizionedi «spin-flip» verso un livello Zeemannon intrappolato. È evidente che questo meccanismoriduce seriamente la vita media delcampione atomico nella trappola magneticavia via che la temperatura diminuisce. Bisognaquindi ricorrere a configurazioni di campomagnetico con un minimo diverso da zero(fig. 3b). A Firenze si è fatto ricorso ad unaconfigurazione realizzata a Trento da L. Riccie che, impiegando due bobine aggiuntive rispettoa quelle che realizzano un campo diquadrupolo (fig. 4), costituisce una variantedi configurazioni esistenti, compatibile peròcon un apparato sperimentale da noi volutoversatile per possibili studi futuri con diversiatomi, inclusi isotopi fermionici. Intorno alminimo il campo ha un andamento quadratico(trappola armonica) caratterizzato da una