B024430 - ATOMI ULTRAFREDDI

Italiano (inglese su richiesta)

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.

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)

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.

Conoscenza delle strutture atomiche e dell'interazione coerente radiazione-materia. Si consiglia la frequentazione dopo avere seguito il corso di Atomi, Molecole e Fotoni.

Lezione frontale

Esame orale

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.