Roma – Un team internazionale di scienziati guidato dal Dott. Lukas Bruder , responsabile del gruppo di ricerca junior presso l’Istituto di fisica dell’Università di Friburgo, è riuscito a produrre e controllare direttamente stati quantici ibridi elettrone-fotone negli atomi di elio. A tal fine, hanno generato impulsi di luce ultravioletta estrema, appositamente preparati e altamente intensi, utilizzando il laser a elettroni liberi FERMI a Trieste, in Italia. I ricercatori hanno ottenuto il controllo degli stati quantici ibridi utilizzando una nuova tecnica di modellazione degli impulsi laser. I loro risultati sono stati pubblicati sulla rivista Nature.
Finché gli elettroni sono legati a un atomo, la loro energia può avere solo determinati valori. Questi valori energetici dipendono principalmente dagli atomi stessi. Tuttavia, se un atomo si trova nel raggio di un laser molto intenso, i livelli di energia cambiano. Vengono creati stati ibridi elettrone-fotone, noti come “stati vestiti”. Questi si verificano a intensità laser nell’intervallo da dieci a cento trilioni di watt per centimetro quadrato. Per poter produrre e controllare questi speciali stati quantici, sono necessari impulsi laser che raggiungano tali intensità in una breve finestra temporale di soli pochi trilionesimi di secondo.
Per il loro esperimento, gli scienziati hanno utilizzato il laser a elettroni liberi FERMI che consente la generazione di luce laser nell’intervallo spettrale ultravioletto estremo ad altissima intensità. Questa radiazione ultravioletta estrema ha una lunghezza d’onda inferiore a 100 nanometri, necessaria per manipolare gli stati degli elettroni negli atomi di elio.
Per controllare gli stati elettrone-fotone, i ricercatori hanno utilizzato impulsi laser che si disperdevano o si contraevano a seconda dello scenario. A tal fine, hanno regolato il ritardo temporale delle diverse componenti di colore della radiazione laser. Le proprietà degli impulsi laser sono state controllate utilizzando un “impulso laser seed”, che ha precondizionato l’emissione del laser a elettroni liberi.
“La nostra ricerca ci ha permesso per la prima volta di controllare direttamente questi stati quantici transitori in un atomo di elio”, afferma Bruder. “La tecnica che abbiamo sviluppato apre un nuovo campo di ricerca: questo include nuove opportunità per rendere gli esperimenti con laser a elettroni liberi più efficienti e selettivi o per ottenere nuove intuizioni sui sistemi quantici fondamentali, che non sono accessibili con la luce visibile. In particolare, ora potrebbe essere possibile sviluppare metodi per studiare o persino controllare le reazioni chimiche con precisione atomica”.(30Science.com)
