IL NUOVO SAGGIATORE - Società Italiana di Fisica - If

M. INGUSCIO: CONDENSAZIONE DI BOSE-EINSTEIN AL LENS DI FIRENZEFig. 4. – Schema della configurazione di bobine utilizzataa Firenze per creare una trappola magnetica armonicacon un minimo diverso da zero. Le due bobineverdi in configurazione anti-Helmholtz producono uncampo di quadrupolo. La bobina rossa genera la curvaturanella direzione assiale (x) e la bobina blu permettedi controllare il minimo della trappola.simmetria cilindrica rispetto all’asse orizzontalex. Gli atomi di Rb intrappolati compionooscillazioni armoniche con frequenze dell’ordinedi 13 Hz in direzione assiale (x) e di circa200 Hz nella direzione radiale. Gli atomipiù «caldi» compiono oscillazioni più ampieintorno alla posizione di minimo il che li portain regioni a campo magnetico più alto. Questofornisce la chiave per l’ulteriore processo diraffreddamento che è quello dell’evaporazioneforzata che si può comprendere con l’aiutodi fig. 3c. Giocando sulla diversa intensitàdell’effetto Zeeman, infatti, si possono indurretransizioni a radiofrequenza selettive intemperatura ad un altro sottolivello per ilquale l’energia magnetica non ha più un minimoe quindi l’atomo non è più intrappolato. Siparte con un valore di radiofrequenza relativamentealto, circa 20 MHz e si spazza la frequenzaverso il basso in modo da far evaporareatomi sempre meno caldi e lasciare che glialtri termalizzino a temperature sempre piùbasse. Questo processo è estremamente criticopoiché si perdono ordini di grandezza nelnumero di atomi e il successo è garantito solose il tempo di termalizzazione (che dipendeda n, T e dalla sezione d’urto per collisionielastiche) è molto minore della vita mediadella trappola. Dal momento che il limite piùstringente alla vita media della trappola magneticaè costituito dalle collisioni degli atomiintrappolati con gli atomi caldi residui, l’evaporazionedeve essere fatta in condizioni diultravuoto (10 211 Torr). A pressioni cosí basserisulta però limitato il numero di atomi chepossono essere intrappolati e raffreddati nellaMOT. Una possibile soluzione è quella didividere spazialmente le due zone: quella dicattura e preraffreddamento a partire dal vaporetermico e quella in cui avviene il raffreddamentoevaporativo nella trappola magnetica.Nell’esperimento di Firenze l’apparatosperimentale prevede due celle separate econnesse da un tubo lungo 40 cm in cui è possibilemantenere un vuoto differenziale(p410 29 Torr nella cella in cui avviene lacattura degli atomi a partire dal vapore termicoe p410 211 Torr nella cella in cui avvienel’evaporazione). Il sistema è detto a doppia-MOTdal momento che gli atomi vengonoprima catturati e raffreddati in una primaMOT nella cella dove il vuoto è meno spinto,quindi trasferiti (con un fascio laser risonante)nella seconda cella dove vengono ricattu-Fig. 5. – Immagini in assorbimento a falsi colori dellanuvola atomica per diversi valori finali della radiofrequenza(n RF ) a cui viene fermata l’evaporazione edopo 20 ms di espansione. Andando dall’alto al bassoe da sinistra a destra n RF viene diminuita ogni volta di100 kHz (da 0.94 MHz a 0.91 MHz). Quandon RF 40.94 MHz si osserva un campione termico(espansione isotropa), via via che l’evaporazione procedeal centro si forma un picco più denso che rappresentala parte condensata con una forma ellittica(espansione asimmetrica). A n RF 40.91 MHz si osservaun condensato puro.51