Sviluppata una tecnica in grado di raffreddare molecole in modo efficace grazie a collisioni con atomi ultrafreddi. Il risultato apre nuove prospettive per i metodi di raffreddamento usati nella preparazione dei sistemi microscopici allo stato energetico fondamentale che sono necessari per gli esperimenti di chimica quantistica e lo sviluppo del calcolo quantistico (red)
Una nuova tecnica di raffreddamento delle molecole è stato messa a punto da Wade G. Rellergert e colleghi dell'Università della California a Los angeles, che firmano in proposito un articolo apparso sulla rivista “Nature”. L'efficienza raggiunta nella sperimentazione, circa 10.000 volte superiore a quella di tecniche analoghe usate attualmente, rende la metodica adatta alle ricerche nel campo della chimica quantistica e nel calcolo quantistico.
Le molecole sono candidate ideali per tutte le applicazioni in cui sono necessari sistemi fisici microscopici manipolabili, ma devono essere molecole "fredde", cioè nel loro stato energetico fondamentale. Ottenere questo risultato però non è facile dato che le molecole sono composte da diversi atomi e quindi hanno diversi “modi” vibrazionali, collegati alle oscillazioni tra i diversi atomi legati tra loro, con cui possono immagazzinare energia. Oltre a ciò, occorre tenere conto anche dei diversi gradi di libertà della molecola nel suo complesso, cioè dei modi rotazionali, a cui è associata ulteriore energia. Dal punto di vista sperimentale, le maggiori difficoltà per il raffreddamento delle molecole sono concentrate nella rimozione dell'energia immagazzinata nei livelli vibrazionali “a vita lunga”, che cioè non tendono a decadere immediatamente. Le transizioni tra livelli energetici a cui sono associati l’emissione e l’assorbimento di radiazione elettromagnetica nello spettro ottico non sono infatti governate da semplici “regole di selezione”, come nel caso degli atomi. In sostanza, lo "scalino" di energia tra due livelli energetici successivi non può essere determinato facilmente e ciò rende difficile l'uso di laser di opportuna frequenza che entrino in risonanza con questi livelli, inducendo la transizione verso livelli energetici via via più bassi. Un metodo che si è dimostrato efficace in recenti studi ottiene il raffreddamento delle molecole per via indiretta. Esso consiste nel raffreddare un gas di atomi mediante la tecnica laser e poi nel metterlo a contatto con un gas di molecole, i cui moti vibrazionali cedono energia per effetto delle collisioni con gli atomi, secondo un processo di “raffreddamento simpatetico”. Particolarmente interessante ai fini sperimentali è l'uso di molecole cariche, che possono essere facilmente confinate in uno spazio ridotto e per un tempo relativamente lungo grazie alle "trappole a radiofrequenza".
In quest'ultimo studio, i ricercatori dimostrano che il moto vibrazionale di ioni cloruro di bario ionizzate (BaCl+) viene raffreddato da collisioni con atomi di calcio ultrafreddo a un tasso notevole: dai dati raccolti, è emerso che il metodo è di quattro ordini di grandezza più efficiente rispetto ai metodi di raffreddamento simpatetico tradizionali.
L'alto tasso di raffreddamento ha consentito di ottenere campioni molecolari che occupano lo stato energetico vibrazionale fondamentale con percentuali superiori al 90 per cento. Gli autori ritengono che con ulteriori miglioramenti la tecnica possa addirittura fornire tassi di occupazione del 99 per cento e in un tempo brevissimo: meno di 100 millisecondi. Inoltre, vi sono buone possibilità di estendere i risultati all’attenuazione del moto rotazionale.
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