IL NUOVO SAGGIATORE - SocietÃ Italiana di Fisica - If

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IL NUOVO SAGGIATORE52rati da una seconda MOT e finalmente trasferitinella trappola magnetica. Il trasferimentonella trappola magnetica viene fatto in duepassi. La trappola a 4 bobine utilizzata ha infattiil minimo di campo a 5 mm dallo zero delquadrupolo (dove si forma la MOT). Per avereun efficiente trasferimento dalla MOT allatrappola magnetica, gli atomi vengono primaintrappolati nella trappola di quadrupolo equindi trasferiti adiabaticamente nella trappolaarmonica. A questo punto può cominciareil raffreddamento evaporativo.Temperatura, dimensioni e densità dellanuvola atomica durante il raffreddamento finoalla formazione del condensato di Bose-Einstein, vengono misurate facendo un’immaginein assorbimento del campione. Gli atomivengono illuminati da un breve impulso(A 50 ms) di luce risonante e l’ombra dellanube viene raccolta su una telecamera CCD.A causa dell’elevata densità ottica, per faremisure quantitative è preferibile, ultimata lafase di raffreddamento evaporativo, spegnerei campi di trappola ed attendere che il campioneespanda per alcuni millisecondi. L’aumentodelle dimensioni del campione durantel’espansione riduce anche un po’ le richiestedi risoluzione spaziale per il sistema otticoche restano comunque stringenti trattandosi,alla fine, di «fotografare» circa un milione diatomi in una nube con dimensioni di alcunecentinaia di mm. La fig. 5 si riferisce ad immaginiprese dopo il raffreddamento evaporativo,con valori sempre più bassi del valoredi radiofrequenza a cui si arresta la rampa.Nella prima immagine in alto a sinistra nonsi sono ancora fatti evaporare atomi a sufficienzaed il campione è ancora al di sopradella temperatura critica. In tutte le altreimmagini il «taglio» con la radiofrequenzaviene spinto sempre più in basso e semprepiù evidente diventa la componente di condensatoal centro. Un’importante osservazioneè che il condensato, a partire da una trappolaa simmetria cilindrica, espande in manieraasimmetrica, mentre la nube di atomiancora in fase gassosa segue un’espansioneisotropa (queste immagini sono state presecon un tempo di espansione di 20 ms). In fig. 6vengono riportate una sezione dell’immaginesulla CCD ed il fit del profilo di densità chevien fatto assumendo una distribuzione gaussianaper il gas termico mentre per la componentecondensata il profilo di densità è unaFig. 6. – Sezione dell’immagine in assorbimento diuna nuvola atomica che presenta sia una parte condensata(picco al centro) che una componente termica.La linea tratteggiata rappresenta il fit del profilodi densità che viene fatto con una gaussiana per lacomponente termica e con una parabola invertita perquella condensata. Dal fit vengono ricavati numero edensità di atomi nella frazione condensata (N A 10 4 ,n A 10 13 cm 23 ), numero di atomi e loro densità nellacomponente termica (N A 10 5 , n A 10 12 cm 23 ) e latemperatura della nuvola termica T A 200 nK.parabola invertita. Dalle dimensioni della nubetermica espansa si risale alle dimensionidella nube nella trappola armonica e quindialla sua temperatura. La temperatura ditransizione stimata è di A 200 nK. Una suggestivaricostruzione tridimensionale del profilodi densità attraverso la transizione dacampione termico a condensato puro è mostratain fig. 7.Si è già detto che il fenomeno della BEC,dopo le pioneristiche osservazioni al JILA, alMIT ed alla Rice University, è stato riprodottosolo in un numero ancora limitato di laboratori,tutti molto avanzati tecnologicamente,che includono Stanford, Austin, Harvard, Yale,NIST-Gaithersburg negli USA, Tokyo eKyoto in Giappone, Otago in Nuova Zelanda,oltre ad un numero esiguo in Germania (adesempio il Max Planck di Monaco), Francia(Ecole Normale Superieure e Orsay) e GranBretagna (ad esempio Oxford) per quanto riguardal’Europa. In Italia, con finanziamentiCNR, INFM e MURST, si è svolto un programmanazionale sia teorico che sperimentaleche coinvolgeva anche le Università diTrento, Milano, Pisa e la Scuola Normale eche prevedeva la realizzare di un condensato
M. INGUSCIO: CONDENSAZIONE DI BOSE-EINSTEIN AL LENS DI FIRENZEFig. 7. – Ricostruzione tridimensionale del profilo spaziale di assorbimento della nuvola atomica attraverso latransizione da campione termico (a sinistra in figura) a condensato puro.di Bose-Einstein presso il Laboratorio Europeodi Spettroscopia Nonlineare (LENS) dell’Universitàdi Firenze. Il progetto è stato coronatoda successo lo scorso 10 giugno ed ilmerito va a Marco Prevedelli, Chiara Fort eFrancesco Minardi, con un apparato costruitonell’ambito di un esperimento più articolatoche ha visto l’importante contributo di FrancescoS. Cataliotti (ora in Germania al MaxPlanck Institut für Quantenoptik di Garching)e la collaborazione di Leonardo Riccidell’Università di Trento e Guglielmo M. Tinodell’Università di Napoli. È ora possibilepensare ad applicazioni affascinanti che vannoda sofisticati effetti di coerenza con la materiain questo nuovo stato, alla realizzazionedi computer ottici, laser «atomici» o di nuovisistemi per l’osservazione dell’effetto Josephsono ancora all’estensione a sistemi fermionici.53Fig. 8. – Immagini in assorbimento del condensato in caduta libera: la prima immagine è presa 7 ms dopo lospegnimento della trappola magnetica e le successive sono prese a intervalli di 3 ms fino ad un tempo massimo di25 ms. Durante l’espansione il condensato cambia forma. Come previsto dal principio di indeterminazione di Heisenbergla direzione inizialmente più confinata è quella che espande più rapidamente.
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