Il corso si propone di introdurre lo studente agli argomenti di ricerca più attuali della Fisica Atomica riguardanti il raffreddamento laser e l’intrappolamento degli atomi. Lo studente apprenderà i principi alla base delle tecniche sperimentali più utilizzate e vedrà come queste possono essere utilizzate per studi di Fisica fondamentale ed applicata.
Complementi sull’interazione coerente radiazione/atomo. Effetti meccanici: pressione di radiazione e forza di dipolo. Raffreddamento laser: teoria e schemi sperimentali. Intrappolamento magnetico e ottico. Collisioni ultrafredde. Gas quantistici atomici: condensazione di Bose-Einstein e gas di Fermi ultrafreddi. Reticoli ottici. Simulazione e informazione quantistica. Orologi atomici e spettroscopia di precisione. Interferometria atomica. Esperimenti con ioni intrappolati.
Prerequisiti
Conoscenza delle strutture atomiche e dell'interazione coerente radiazione-materia. Si consiglia la frequentazione dopo avere seguito il corso di Atomi, Molecole e Fotoni.
Metodi Didattici
Lezione frontale
Modalità di verifica apprendimento
Esame orale
Programma del corso
Richiami sulle strutture atomiche: atomi alcalini (struttura fine e iperfine) e atomi a due elettroni (interazione di scambio, transizioni di intercombinazione).
Richiami sull’interazione coerente atomo-radiazione: approssimazione di sistema a due livelli, dinamica di Rabi, emissione spontanea.
Forze radiative: introduzione, derivazione generale, forza dissipativa, fluttuazioni della forza dissipativa, forza e potenziale di dipolo.
Raffreddamento laser: Zeeman slower, melassa ottica (raffreddamento Doppler), raffreddamento subDoppler, raffreddamento subrecoil, raffreddamento in atomi a più livelli.
Intrappolamento di atomi: trappola magneto-ottica, trappole magnetiche, trappole ottiche di dipolo.
Collisioni ultrafredde: potenziali di interazione, teoria dello scattering, scattering da buca e barriera di potenziale, ruolo degli stati legati, scaling di massa, risonanze di Feshbach, raffreddamento evaporativo, collisioni inelastiche.
Gas quantistici: introduzione, condensazione di Bose-Einstein (BEC) in trappola armonica, tecniche di imaging, introduzione all’equazione di Gross-Pitaevskii, coerenza e superfluidità di un BEC, raffreddamento simpatetico, gas di Fermi ideale, cenni su superfluidità fermionica.
Reticoli ottici: bande di energia, trasporto in reticoli ottici, oscillazioni di Bloch, simulazione quantistica, transizioni di fase isolante-conduttore (Anderson, Mott).
Orologi atomici: orologi a microonda, orologi ottici, frequency comb, spettroscopia Lamb-Dicke, optical lattice clocks.
Interferometria atomica: introduzione agli schemi sperimentali più utilizzati.
Ioni intrappolati: trappole elettrodinamiche, illustrazione di alcuni esperimenti con ioni.
Libri di testo consigliati
M. Inguscio & L. Fallani, Atomic Physics: Precise Measurements and Ultracold Matter (Oxford University Press, 2013)
H. J. Metcalf & P. van der Straten, Laser Cooling and Trapping (Springer, 1999)
C. Cohen-Tannoudji & D. Gu ery-Odelin, Advances in Atomic Physics: An Overview (World Scienti c, 2011)
C. Foot, Atomic Physics (Oxford University Press, 2005)