Átomo ultra frio

A) Estrutura óptica de cinco feixes de laser capturando uma nuvem atômica. A escala de cores indica a densidade das nuvens: preto é baixo, branco alto. B) Movimento de tremulação da nuvem atômica na rede óptica. O eixo horizontal representa a distribuição espacial da nuvem ao longo de uma direção, enquanto o eixo vertical mostra a variação da densidade da nuvem com o tempo

Átomos ultra-frios são átomos que são mantidos em temperaturas próximas a 0 kelvin (zero absoluto), tipicamente abaixo de várias dezenas de microkelvins (µK). A essas temperaturas, as propriedades da mecânica quântica do átomo se tornam importantes. Os átomos ultra-frios são um poderoso tubo de ensaio para o estudo de fenômenos quânticos altamente não triviais.[1]

O estudo de átomos ultra-frios beneficia experimentos que dependem da medição direta das funções das ondas de densidade atômica e de sua dinâmica em sistemas quânticos de muitos corpos.[2]

História

Amostras de átomos ultra-frios são normalmente preparadas através das interações de um gás diluído com um campo de laser. Evidências para pressão de radiação, força devida à luz nos átomos, foram demonstradas independentemente por Lebedev e Nichols e Hull em 1901. Em 1933, Otto Frisch demonstrou a deflexão de partículas individuais de sódio pela luz gerada por uma lâmpada de sódio.

O uso da luz laser para resfriar átomos foi proposto pela primeira vez em 1975, aproveitando o efeito Doppler para tornar a força de radiação em um átomo dependente de sua velocidade, uma técnica conhecida como resfriamento Doppler.[3][4][5] Idéias semelhantes também foram propostas para resfriar amostras de íons presos. A aplicação do resfriamento Doppler em três dimensões reduz a velocidade dos átomos para velocidades que normalmente são de alguns cm/s se produz o que é conhecido como melaço óptico.[6][7]

O desenvolvimento da primeira armadilha magneto-óptica (MOT) por Raab et al. em 1987,[8][9] foi um passo importante para a criação de amostras de átomos ultrafrios. As temperaturas típicas alcançadas com um MOT são de dezenas a centenas de microkelvins. O Prêmio Nobel de 2001 foi concedido a Eric A. Cornell, Wolfgang Ketterle e Carl E. Wieman pela conquista do condensado de Bose-Einstein em gases diluídos de átomos alcalinos e por estudos fundamentais iniciais das propriedades dos condensados.

Referências

  1. ↑ «Supersolidity appears in ultracold atoms». Physics World (em inglês). 13 de agosto de 2019. Consultado em 4 de outubro de 2019 
  2. ↑ Kuhr, Stefan (1 de abril de 2019). «Viewpoint: Zooming in on Ultracold Matter». Physics (em inglês). 12 
  3. ↑ Wineland, D. J.; Dehmelt, H. (1975). «Proposed 1014
     Δν < ν Laser Fluorescence Spectroscopy on Tl+
     Mono-Ion Oscillator III»     (PDF). Bulletin of the American Physical Society. 20: 637     
  4. ↑ Hänsch, T. W.; Shawlow, A. L. (1975). «Cooling of Gases by Laser Radiation». Optics Communications. 13 (1): 68. Bibcode:1975OptCo..13...68H. doi:10.1016/0030-4018(75)90159-5 
  5. ↑ Wineland, D. J.; Drullinger, R. E.; Walls, F. L. (1978). «Radiation-Pressure Cooling of Bound Resonant Absorbers». Physical Review Letters. 40 (25): 1639. Bibcode:1978PhRvL..40.1639W. doi:10.1103/PhysRevLett.40.1639 
  6. ↑ Lett, Paul D.; Watts, Richard N.; Westbrook, Christoph I.; Phillips, William D.; Gould, Phillip L.; Metcalf, Harold J. (1988). «Observation of Atoms Laser Cooled below the Doppler Limit». Physical Review Letters. 61 (2): 169–172. CiteSeerX 10.1.1.208.9100Acessível livremente. ISSN 0031-9007. PMID 10039050. doi:10.1103/PhysRevLett.61.169 
  7. ↑ «Press Release: The 1997 Nobel Prize in Physics». www.nobelprize.org. Consultado em 27 de janeiro de 2016 
  8. ↑ K B Davis; M O Mewes; M R Andrews; N J van Druten; D S Durfee; D M Kurn & W Ketterle (27 de novembro de 1997). «Bose-Einstein Condensation in a Gas of Sodium Atoms». Physical Review Letters. 75 (22): 3969–3973. Bibcode:1995PhRvL..75.3969D. PMID 10059782. doi:10.1103/PhysRevLett.75.3969 
  9. ↑ C. C. Nshii; M. Vangeleyn; J. P. Cotter; P. F. Griffin; E. A. Hinds; C. N. Ironside; P. See; A. G. Sinclair; E. Riis & A. S. Arnold (maio de 2013). «A surface-patterned chip as a strong source of ultra-cold atoms for quantum technologies». Nature Nanotechnology. 8 (5): 321–324. Bibcode:2013NatNa...8..321N. arXiv:1311.1011Acessível livremente. doi:10.1038/nnano.2013.47 
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