I fisici hanno stampato un dispositivo per creare atomi ultrafreddi: ora gli esperimenti quantistici diventeranno più accessibili

Lo sviluppo degli scienziati apre l'accesso a un modo più rapido e conveniente per creare piccolo, di più

installazioni stabili e personalizzabili peresperimenti quantistici.  Oggi i fisici utilizzano la luce laser e i magneti per sintetizzare atomi ultrafreddi. E gli atomi risultanti vengono utilizzati, ad esempio, per identificare anche i campi magnetici più deboli o creare orologi con una precisione fino a un quadrilionesimo di secondo.  Quindi i fisici hanno cercato a lungo di utilizzare dispositivi atomici ultrafreddi in una varietà di contesti, dall’esplorazione spaziale, dove possono aiutare nella navigazione, all’idrologia, dove possono individuare la posizione delle acque sotterranee rilevandone l’attrazione gravitazionale. Ma il processo di raffreddamento degli atomi in modo sufficiente per eseguire uno qualsiasi di questi compiti è spesso complesso e difficile.

La chiave per raffreddare e controllare gli atomi ècolpendoli con una luce laser sintonizzata con precisione. Gli atomi caldi si muovono a velocità di centinaia di chilometri all'ora, mentre gli atomi estremamente freddi sono quasi immobili. I fisici si assicurano che ogni volta che un atomo caldo viene colpito da un raggio laser, la luce lo colpisce in modo tale che l'atomo perde energia, rallenta e si raffredda. In genere, gli scienziati lavorano su un tavolo da laboratorio che misura 1,5 m al giorno. 2,5 m, su cui è installato un “labirinto” di specchi e lenti - componenti ottici che controllano la luce. Per controllare dove si trovano tutti gli atomi ultrafreddi in questa camera, i fisici usano i magneti: i loro campi agiscono come “recinti”.

Rispetto agli acceleratori di particelle con una lunghezza dipochi chilometri o grandi telescopi, queste strutture sperimentali sono piccole. Tuttavia, sono troppo grandi e fragili per essere commercializzati e applicati al di fuori dei laboratori accademici. I fisici spesso trascorrono mesi ad allineare ogni piccolo elemento nei loro labirinti ottici. Anche il più piccolo scuotimento di specchi e lenti - che può accadere sul campo - provocherà ritardi significativi. Quindi i ricercatori di Nottingham si sono rivolti alla stampa 3D.

L'installazione dei fisici occupa meno di 0,15 volumimetro cubo, che è leggermente più grande di una pila di 10 grandi scatole per pizza. “Questo è molto, molto piccolo. Abbiamo ridotto le dimensioni di circa il 70% rispetto a una configurazione convenzionale”, afferma Somaya Madkhali, dottoranda di Nottingham e primo autore dello studio. Per costruirlo, lei e i suoi colleghi hanno assemblato la loro configurazione da blocchi stampati in 3D. Invece di realizzare la camera a vuoto con metalli resistenti ma pesanti, il team l’ha stampata con una lega di alluminio più leggera. E hanno inserito le lenti e gli specchi in un supporto, anch'esso stampato in polimero.

Configurazione della miniatura ricevuta con successolavorato. Il team ha caricato 200 milioni di atomi di rubidio nella loro camera a vuoto e ha inviato luce laser attraverso tutti i componenti dell'ottica, provocando la collisione della luce con gli atomi. Gli atomi hanno formato un campione con temperature fino a - 267 ° C - proprio come gli scienziati hanno fatto con strumenti più tradizionali negli ultimi 30 anni.

Il grande vantaggio di utilizzare la stampa 3Dè che gli scienziati saranno in grado di progettare individualmente ogni componente. Pertanto, la nuova ricerca è un passo avanti nel rendere questo strumento di ricerca di fisica di base più accessibile e disponibile in commercio. I fisici ipotizzano che tali strumenti verranno utilizzati al di fuori del mondo accademico, ad esempio da aziende che producono sensori quantistici che rilevano campi magnetici o gravitazionali.

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