Nuvola atomica raffreddata LASER vista attraverso una telecamera per microscopio. Credit: Università di Otago

Un fisico dell’Università di Otago è riuscito ad osservare la nascita di una molecola. Per farlo bisogna osservare come gli atomi si uniscono tra di loro. Un compito davvero arduo per la scienza, che richiede agli atomi di “rallentare” le loro operazioni di scambio, affinché i ricercatori possano registrarle.

Fino ad ora le ricerche erano state condotto su gruppi di atomi raffreddati, tramite cui i ricercatori cercavano di calcolare le interazioni facendo una media tra tutte quelle che avvenivano nel gruppo di atomi. Questo tipo di ricerche permettono di acquisire molte informazioni utili, ma non riescono a catturare i dettagli della collisione e dei legami tra i singoli atomi.

 

Catturare ed isolare gli atomi: un lavoro da eseguire con “pinze” di luce

Per ottenere informazioni sui dettagli dei legami atomici, i ricercatori hanno dovuto isolare i singoli atomi e “tenerli fermi” durante la loro interazione, per poterne osservare i dettagli. Per immobilizzarli, i ricercatori hanno utilizzato un fascio di luce polarizzata appositamente allineata. Il fascio di luce laser polarizzata con onde luminose molto corte, funge da trappola per gli atomi. Affinché ciò avvenga essi devono però essere raffreddati, per poi essere catturati e separati in uno spazio vuoto. Si tratta dunque di un processo molto sofisticato e complesso, che richiede un’avanzata tecnologia e molta perseveranza per essere raggiunto.

Il fisico Mikkel F. Andersen ha infatti spiegato che questo metodo “prevede l’intrappolamento e il raffreddamento individuale di tre atomi, ad una temperatura di circa un milionesimo di Kelvin, utilizzando raggi laser altamente focalizzati in una camera iper-evacuata (sottovuoto). Gli atomi intrappolati sono stati combinati lentamente per produrre interazioni controllate, che sono possibili da misurare”.

Nello specifico, per questo esperimento sono stati utilizzati degli atomi di rubidio, che si legano per formare molecole di dirubidio. Ma, come spiega il fisico Marvin Weyland, due soli atomi di rubidio non sono sufficienti per formare una molecola, a questo scopo ne servono infatti tre. Mentre due di essi si avvicinano infatti, ne serve un terzo che sottragga parte dell’energia di legame, lasciando gli altri due magicamente connessi.

 

Il futuro dello studio delle interazioni atomiche

Utilizzando una speciale fotocamera, i ricercatori sono comunque stati in grado di registrare i cambiamenti che avvengono negli atomi di rubidio al loro reciproco avvicinarsi. I dati ottenuti da questa registrazione hanno fornito dati importanti e non affatto comuni quanto si aspettavano i ricercatori.

Il risultato dunque ci fa capire quanto ancora dobbiamo studiare e conoscere per svelare tutti gli aspetti della fisica quantistica a corto raggio. E questo tipo di procedimento potrebbe essere di grande aiuto nelle future ricerche. Come ha dichiarato lo stesso Weyland: “con il nostro lavoro è la prima volta che viene studiato nel dettaglio ed isolato, questo processo di base, e ha dato risultati sorprendenti ed inaspettati, che non erano previsti dalle precedenti misurazioni sui grandi gruppi di atomi. Lo sviluppo di questa tecnica potrebbe fornire quindi un modo per costruire e controllare singole molecole di sostanze chimiche particolari”.