Fare luce sulle trappole ioniche

La manipolazione di singoli atomi e ioni utilizzando campi luminosi ed elettrici è una delle caratteristiche distintive della scienza moderna. Questi strumenti hanno offerto ai ricercatori un modo per giocare con gli elementi costitutivi del nostro mondo in un modo che le generazioni precedenti potevano solo sognare. E il numero di importanti scoperte che sono derivate da questa tecnologia è una legione: tutto, dai condensati di Bose Einstein all'informatica quantistica.

Curiosamente, tuttavia, l'intrappolamento di ioni e atomi si basa su tecnologie diverse. Dal 1980, singoli ioni sono stati intrappolati in campi elettrici a radiofrequenza. Questi campi esercitano forze su uno ione abbastanza potenti da superare gli inevitabili campi elettrici vaganti che potrebbero altrimenti influenzare uno ione.

D'altra parte, i ricercatori si affidano a trappole ottiche per afferrare gli atomi. Il primo singolo atomo è stato intrappolato in questo modo solo nel 1999.

Ma nonostante queste differenze, il meccanismo di intrappolamento è abbastanza simile in entrambe queste tecniche. In una trappola RF, il campo elettromagnetico agisce sul momento dipolare dello ione, generando una forza che lo tiene confinato. In una trappola ottica, il confinamento deriva dalla forza del dipolo ottico. Questo è in qualche modo più debole delle forze in una trappola RF. I fisici non si sono mai preoccupati dell'intrappolamento ottico degli ioni per paura che qualsiasi campo elettrico parassita possa allontanare gli ioni.

Ma ora possono mettere a tacere questa paura, affermano Tobias Schaetz e compagni del Max Planck Institute for Quantum Optics in Germania. Il motivo è che questi ragazzi lo hanno fatto: hanno intrappolato un singolo ione di magnesio in una trappola ottica per un periodo di millisecondi. Inoltre, il loro esperimento è solo una prova di principio: miglioramenti significativi alla tecnica e alla cattura dovrebbero essere relativamente semplici da ottenere.

La capacità di intrappolare ioni con campi ottici apre una serie di nuovi orizzonti. Le trappole ottiche possono essere più complesse e manipolate più facilmente e con precisione rispetto alle trappole RF. Dovrebbero dare ai fisici una borsa migliore di trucchi per giocare sugli ioni. Queste trappole potrebbero essere utilizzate per costruire migliori computer quantistici basati su ioni e simulatori quantistici. Potrebbero anche consentire ai fisici di creare e studiare le proprietà dei cristalli ionici 3D in modo più dettagliato.

E dopo anni di manipolazione separata di atomi e ioni, i fisici scopriranno che ora possono giocare con entrambi allo stesso tempo in una trappola ottica. Ciò dovrebbe consentire ai ricercatori di studiare l'interazione tra atomi e ioni in modo più dettagliato che mai.

Tutto sommato, cose fantastiche!

Rif: arxiv.org/abs/1001.2953 : Intrappolamento ottico di uno ione

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