In un numero speciale di Nature Physics, Francesca Ferlaino e Matthew Norcia evidenziano il grande potenziale dei gas quantistici ultrafreddi generati dai lantanidi. Nonostante la loro complessità, sono relativamente facili da accedere per la ricerca sperimentale e offrono un’ampia gamma di possibilità per la ricerca di base e l’applicazione.
Un quarto di secolo dopo la prima produzione dei condensati di Bose-Einstein, Nature Physics pubblica un numero incentrato sugli sviluppi dei gas quantistici ultrafreddi e sul loro potenziale per il futuro. Ad esempio, in quale direzione si svilupperanno i microscopi atomici, le pinzette ottiche o le nuove trappole laser? Quale potenziale si nasconde nei gas quantistici dei lantanidi è stato spiegato in dettaglio da Francesca Ferlaino e Matthew Norcia del Dipartimento di Fisica Sperimentale dell’Università di Innsbruck e dall’Istituto di Ottica Quantistica e Informazione Quantistica dell’Accademia Austriaca delle Scienze in un articolo di revisione nello speciale Problema del diario. Quando tre decenni fa iniziò la condensazione del gas quantistico ultrafreddo, per questo scopo furono scelte semplici particelle del gruppo degli atomi alcalini o alcalino-terrosi, con solo uno o due elettroni nel loro guscio esterno, come il litio o il rubidio. Sono stati utilizzati per produrre i primi condensati di Bose-Einstein, che sono stati celebrati nel 2001 quando Erich Cornell, Wolfgang Ketterle e Karl Wyman hanno ricevuto il Premio Nobel per la fisica.
Un decennio dopo, i primi gruppi di ricerca, tra cui un team guidato da Francesca Ferlaino dell’Università di Innsbruck, iniziarono a condensare particelle più complesse, i lantanidi. Questi sono metalli argentati, relativamente morbidi e reattivi. I loro atomi hanno molti elettroni nel loro guscio esterno e sono anche magnetici. “A prima vista, questo sembra rendere la vita inutilmente complessa, e all’epoca non era chiaro se questi elementi potessero essere condensati allo stesso modo di elementi più semplici”, dice Ferlaino. “Ma a quanto pare, dopo molto lavoro, i lantanidi, e soprattutto l’erbio, sono stati un colpo di fortuna: a causa dei molti modi in cui possono assorbire i fotoni, l’estinzione è in realtà più semplice. E i molteplici modi in cui questi atomi interagiscono rendendo possibili specie completamente nuove. “Dalle esperienze.” Nel 2012, ad esempio, il team di Francesca Ferlino è riuscito per la prima volta a condensare l’erbio. Da allora, molti gruppi di ricerca hanno realizzato questo potenziale, e ora ci sono dozzine di gruppi in tutto il mondo che lavorano su gas quantistici ultrafreddi contenenti elementi più complessi. Nel loro articolo di revisione pubblicato su Nature Physics, Ferlaino e Norcia presentano le proprietà dei lantanidi e ne descrivono in dettaglio il potenziale per la ricerca.
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