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Costruendo superatomi

 

Nella figura del laboratorio Jila, al diminuire della temperatura da sinistra a destra i picchi rappresenta il condensato di Bose-Einstein che emerge al di sopra degli altri atomi. 

Il fenomeno "BEC", Bose-Einstein Condensate, fu predetto da Satyendra Bose e Albert Einstein:

quando un dato numero di particelle Bose identiche si avvicinano sufficientemente, e si muovono abbastanza lentamente, essi possono passare collettivamente allo stato di energia più basso: un BEC. Questo si verifica quando gli atomi sono refrigerati a temperature molto basse. La natura ondulatoria degli atomi permette loro di diffondersi e sovrapporsi. Se la densità è abbastanza alta, e la temperatura sufficientemente bassa (qualche miliardesimo di grado sopra lo zero assoluto), gli atomi si comportano come i fotoni in un laser: saranno in uno stato coerente e costituiranno un unico "super atomo".
Carl Wieman (University of Colorado, Boulder) e Eric Cornell (NIST) del laboratorio Jila hanno iniziato la ricerca di un BEC intorno al 1990 con una combinazione di laser e apparati di raffreddamento magnetico. Wieman ha aperto la strada all'uso di laser a diodi dal costo minimo (lo stesso tipo utilizzato nei lettori CD) al posto dei laser da 150 mila dollari che altri gruppi stavano usando. Il suo approccio fu inizialmente accolto con scetticismo dai suoi colleghi, ma quando cominciò a riferire dei suoi progressi, diversi altri gruppi si unirono alla "gara" per raggiungere il primo BEC. Cominciando con atomi del gas di rubidio a temperatura ambiente, il team del laboratorio Jila  ha dapprima rallentato il rubidio quindi l'ha catturato in una trappola creata dalla luce laser. Questo procedimento raffredda gli atomi a circa 10 milionesimi di grado sopra lo zero assoluto, una temperatura ancora troppo elevata per produrre un BEC.
Una volta in trappola, i laser sono stati spenti e gli atomi tenuti in posizione da un campo magnetico. Gli atomi sono stati ulteriormente raffreddati in trappola magnetica selezionando gli atomi più caldi ed eliminandoli dalla trappola. Poi è arrivata la parte difficile: catturare una sufficiente alta densità di atomi a temperature abbastanza fredde per produrre un BEC. Per fare questo, Wieman ed i suoi colleghi hanno dovuto migliorare la trappola magnetica standard.
Il primo BEC del mondo è stato raggiunto alle 10:54 del 5 giugno 1995 in un laboratorio a Jila. Il BEC si è formata all'interno di una cella di vetro delle dimensioni di una carota e misurava solo circa 20 micron di diametro, circa un quinto dello spessore di un foglio di carta. Il BEC era formato da circa 2.000 atomi di rubidio e durò per 15-20 secondi. Poco dopo, anche Wolfgang Ketterle realizzò un BEC nel suo laboratorio al MIT.
Oggi, gli scienziati sono in grado di produrre condensati di un numero di atomi molto maggiore e che possono durare fino a tre minuti buoni. 
Cornell Ketterle e Wieman condivisero il premio Nobel per la fisica del 2001 per la loro realizzazione. La loro scoperta congiunta "porterà ad applicazioni rivoluzionarie in campi come la misurazione di precisione e la nanotecnologia," secondo l' Accademia Reale Svedese delle Scienze. L'apparecchio utilizzato dal team di Jila è ora parte della collezione permanente del Smithsonian Institute di Washington, DC.