Projetos
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Item Átomos de Rydberg frios(2015-12-08) Marcassa, Luis GustavoA tentativa de estabelecer uma linha de pesquisa em átomos de Rydberg frios vem sendo desenvolvida por nós desde 1996. Nesse período, foi necessária a familiarização com as técnicas de excitação e detecção de tais átomos. Hoje esse é o único grupo no país a estudar átomos de Rydberg, utilizando a detecção por campo ionizante pulsado. Usando essas técnicas mede-se o tempo de vida do estado 27D em Rb com grande precisão e estuda-se um processo colisional envolvendo transferência de energia. Foi desenvolvido modelo semi-clássico para explicar esse processo. Pretende-se medir os tempos de vida de estados de Rydberg entre 27 n 45 para os estados S, P e D. Esse é um importante parâmetro nos processos colisionais, por essa razão seu conhecimento preciso é fundamental para determinar a evolução temporal dos processos colisionais envolvendo átomos de Rydberg. Serão estudados os processos colisionais com transferência de energia, variando-se o número quântico principal. Isso deverá permitir melhor comparação com o modelo semi-clássico.Item Átomos frios no regime quântico e não quântico: colisões atômicas e outros experimentos(2015-12-08) Bagnato, Vanderlei SalvadorDesde 1989, nosso laboratório tem feito esforços para formar uma adequada infra-estrutura que nos permitisse realizar pesquisas na área de átomos frios. Ao longo destes dez anos o laboratório foi formado, permitindo ao nosso grupo atuar de forma pioneira em vários tópicos envolvendo resfriamento e aprisionamento atômico. Foram 34 estudantes de pós-graduação formados, 120 artigos publicados em revistas internacionais, mais de 150 apresentações em conferências internacionais, vários artigos e conferências convidadas em encontros internacionais. Dois projetos temáticos e alguns projetos individuais permitiram que fosse possível criar nossa infra-estrutura. O projeto que agora apresentamos é uma continuação deste esforço, procurando sempre atuarmos assuntos modernos da Ciência. Neste projeto cobriremos três tipos de experimentos envolvendo átomos frios aprisionados por laser ou por campos magnéticos. Numa primeira classe de experimentos, continuaremos estudando colisões atômicas frias. Durante os últimos anos conseguimos ser os pioneiros no estudo de colisões heteronucleares frias. Neste projeto realizaremos uma seqüência de estudos relacionados com as misturas de alcalinos Na/K, K/Rb, Rb/Cs e K/Cs. Com isto teremos coberto todas as misturas e estaremos entendendo melhor o sistema Rb/Cs, considerado um dos melhores sistemas para a investigação de estados ligados heteronucleares usando a técnica de foto-associação de um e dois fótons. Conhecendo-se os estados ligados de longo alcance da molécula, pretendemos medir o chamado comprimento de espalhamento no caso heteronuclear (al2), usando para isto as chamadas oscilações de Franck-Condon nas linhas espectrais dos estados ligados. Ainda dentro das colisões frias pretendemos investigar a existência de colisões envolvendo mudança de estados hiperfinos. Este é um tema recente, com inúmeros debates, e que temos uma excelente alternativa para abordá-lo. Numa segunda classe de experimentos estaremos envolvidos com a Condensação de Bose-Einstein (BEC). Concluiremos o experimento que ora estamos realizando, envolvendo a condensação de átomos de sódio numa armadilha tipo "cloverleaf" cujas medidas termodinâmicas e colisões atômicas serão investigadas. Em seguida deveremos partir para a investigação de fenômenos críticos associados com a excitação de modos topológicos no condensado. Através de uma modulação espaço-temporal pretendemos estudar a dinâmica de transferência de átomos do estado fundamental do potencial para os estados excitados. Aspectos teóricos e práticos deste problema serão abordados. A conexão da armadilha mista com gases quânticos se dará na realização de um condensado misto envolvendo duas espécies simultaneamente. Neste novo sistema quântico, vários experimentos inéditos serão realizados. Finalmente numa terceira classe de experimentos pretendemos utilizar átomos frios em várias aplicações. Dando continuidade ao nosso programa de metrologia científica dentro do qual estamos construindo uma "fountain" atômica pretendemos colocá-la em funcionamento, avaliando seu desempenho e realizando estudos que envolvem medidas precisas de deslocamentos de freqüência como "collisional shift", "magnetic field shift" e outros. Além da aplicação de átomos frios em metrologia, também esperamos aplicá-los para a realização de medidas espectroscópicas de alta resolução e outros experimentos.Item Colisões ultra-frias e experimentos com gases no regime quântico(2015-12-08) Bagnato, Vanderlei SalvadorNeste projeto realizaremos estudos de colisões envolvendo átomos frios mantidos numa armadilha magneto-óptico e pretendemos obter uma amostra gasosa de átomos de sódio no regime de condensação de Bose-Einstein. Processos como mudança de estrutura hiperfina, photoassociação envolvendo os potenciais de longo alcance e fotoionizações associativas deverão ser estudadas para obtenção de secções de choque e potenciais interatômicos. O aprisionamento simultâneo de duas espécies atômicas distintas mantidas na mesma armadilha deverá proporcionar o estudo de colisões homo e heteronucleares. Na parte de condensação de Bose-einstein pretendemos desenvolver estudos que nos possibilite entender como o encontro atômico se processa neste regime quântico e também determinar certas propriedades termodinâmicas do gás como capacidade térmica e propriedades de transporte. Investigações sobre mudanças no comprimento de espalhamento causadas opticamente serão estudadas.Item Desenvolvimento de sensores quânticos com átomos ultrafrios(2015-12-08) Courteille, Philippe WilhelmEsta proposta visa tornar a tecnologia de sensores quânticos uma realidade. À frente da revolução quântica antecipada em aplicações comerciais, a proposta pretende criar um consórcio de pesquisa para lidar com duas vertentes de investigações específicas: (i) Análise e implementação de novas ideias para sensores quânticos baseados em átomos frios interagindo com cavidades ópticas e investigações para a primeira utilização dupla de sensores para metrologia e interferometria gravitacional com novas aplicações possíveis; (ii) demonstração de novas técnicas e estratégias para miniaturização e simplificação de sensores quânticos baseados em átomos aprisionados em nano-potenciais plasmônicos. Os sistemas realizados permitirão estudos fundamentais em novos regimes da eletrodinâmica quântica em cavidades e em ondas evanescentes.Item Experimentos com átomos aprisionados e feixes atômicos resfriados(2015-12-08) Bagnato, Vanderlei SalvadorPropomos a realização de experimentos envolvendo átomos frios desacelerados e aprisionados. Utilizando as técnicas por nós desenvolvidas e estudadas nos últimos anos, estudaremos a formação de estruturas espaciais com átomos frios, processos colisionais, aprisionamento de íons, e outros.Item Instrumentação de amplificadores de lasers de diodo para experimentos com átomos de Rydberg e moléculas frias(2015-12-10) Marcassa, Luis GustavoExperimentos envolvendo átomos de Rydberg frios e Moléculas frias dependem fortemente de lasers de diodo de alta potência. Infelizmente, atualmente só há duas grandes empresas que fornecem sistemas confiáveis, ambas alemãs, Toptica e Sacher. Sendo que os lasers da Toptica são consideravelmente superiores. Contudo, ambas praticam um preço elevado visto que monopolizam o mercado internacional de lasers de diodo de alta potência para fins científicos. Também é sabido na comunidade internacional que tais empresas oferecem descontos generosos para pesquisadores alemães. Assim o objetivo deste projeto é o desenvolvimento de amplificadores para sistemas de laser de diodo de baixa potência. Com tais sistemas nosso laboratório ficará independente dos sistemas de alta potência de tais empresas.Item Interações anisotrópicas entre átomos de Rydberg ultrafrios e métodos de imagem(2015-12-08) Marcassa, Luis GustavoEste projeto é baseado no trabalho atual que ocorre no grupo de pesquisa do Professor Luis Marcassa da Universidade de São Paulo (USP) e Professor James Shaffer da Universidade de Oklahoma (OU). Experimentos sobre interações de dois átomos de Rydberg serão conduzidos para estudar a sua anisotropia utilizando os métodos de imagem de átomos de Rydberg e tempo de vôo. Os resultados destes experimentos serão comparados com a teoria feito pelo grupo de pesquisa na UO. Especificamente, a força da interacção entre átomos de Rydberg polarizados é anisotrópica na presença de um campo elétrico, e para observa-lá utilizaremos espectroscopia de imagem 3D nas colisões entre pares de átomos de Rydberg. Os resultados serão comparados com os cálculos. Na Universidade de São Paulo, os experimentos sobre anisotrópicos interações atômicas de Rydberg usará redes ópticas e diferentes armadilhas. Estas experiências vão medir as taxas de perda de colisões em função da magnitude do campo elétrico direção do campo elétrico e geometria armadilha. Os resultados dos experimentos em São Paulo serão comparados com os cálculos realizados na Universidade de Oklahoma.Item Manipulação de colisões atômicas em armadilhas ópticas(2015-12-08) Marcassa, Luis GustavoNos últimos anos, nosso laboratório dominou completamente a técnica de armadilhas ópticas de dipolo. Atualmente, produzimos de forma cotidiana amostras aprisionadas de uma ou duas espécies atômicas, utilizando lasers em 1.06 µm e ou em 10.6 µm. Tais amostras possuem em geral 106 átomos aprisionados em densidades de 1012 átomos/cm3 e temperaturas menores que 20 µK. Atualmente, esta amostra aprisionada é o ponto de partida de qualquer tipo de experimento moderno em Física Atômica. O objetivo deste projeto é utilizar nossas armadilhas ópticas de dipolo para manipular os processos colisionais, seja envolvendo átomos de Rydberg e ou colisões heteronucleares. Com átomos de Rydberg, desejamos estudar a anisotropia nos potenciais de longo alcance através de microestruturas espaciais. Nas amostras heteronuclear, utilizaremos a armadilha de dipolo para aprisionar a amostra atômica heteronuclear; fotoassocia-lá e aprisionar as moléculas frias. Processos de bombeamento serão utilizados para produzir moléculas no estado vibracional fundamentalItem Moldando o fluxo da luz: bandas fotônicas em redes ópticas(2015-12-08) Courteille, Philippe WilhelmO assunto desse projeto de pesquisa são redes ópticas e a aplicação delas pela criação de novos sistemas físicos com propriedades inéditas. Nosso interesse particular é a exploração de novas geometrias de redes ópticas que prometam uma maleabilidade quase ilimitada da sua estrutura de bandas fotônicas. Redes ópticas são gases atômicos frios e diluídos, estruturados em ordem periódica por meio da força dipolar espacialmente modulada, exercida por um conjunto de raios de laser em superposição. As redes ópticas são caracterizadas por uma periodicidade intrinsecamente perfeita, uma constante da rede compatível com comprimentos de ondas ópticas e por uma variabilidade ao vivo. Devido à sua estrutura periódica, redes ópticas compartilham muitas analogias com sólidos cristalinos ou metálicos. Mas elas também têm muito em comum, com cristais fotônicos, uma classe de materiais dielétricos caracterizada por variações periódicas do índice de refração. Cristais fotônicos prometem muitas aplicações tecnológicas na óptica de películas finas, na telecomunicação fotônica e até quântica ou como metamateriais para superlentes e dispositivos de disfarce. Apesar do progresso impressionante na fabricação de cristais fotônicos, eles sofrem de dificuldades fundamentais em fornecer a fidelidade exigida em longas escalas, devido a defeitos no tamanho e na posição dos blocos elementares. Esta desordem perturba aquelas propriedades dos cristais fotônicos baseadas na interferência global: reduz a refletividade de Bragg, extingue a luz transmitida e destrói finalmente a banda proibida fotônica. Nós queremos demonstrar que é possível realizar estruturas de bandas fotônicas em redes ópticas e que estes representam uma alternativa viável aos cristais fotônicos. A característica das bandas fotônicas de permitir a manipulação quase sem constrangimento da densidade de modos eletromagnéticos leva à supressão da emissão espontânea e, por consequência, ao controle total da interação entre a matéria e a luz. A acessibilidade das redes ópticas a manipulações em tempo real as distingue dos cristais fotônicos, cuja estrutura é determinada por sua concepção. A esperança de ser um dia capaz de guiar sem perda ondas ópticas através de estruturas fotônicas e de confinar a luz por elementos localizados que perturbem a ordem periódica alimenta especulações na praticabilidade de registros, de comutadores ou mesmo de computadores fotônicos. Enquanto até agora somente redes ópticas cúbicas simples foram estudadas, a realização de bandas proibidas omnidirecionais está condicionada à disponibilidade de geometrias particulares, tais como a geometria de diamante. Isto é somente possível com espécies atômicas com transições ópticas finas e uma estrutura dos níveis energéticos específica, como aquela de estrôncio. Nossos esforços experimentais começarão assim com o alojamento de um gás do estrôncio ultrafrio. O gás será refrigerado até degeneração quântica, transferido numa rede óptica e depois trazido num estado isolador de Mott caracterizado por uma ocupação atômica perfeitamente bem definida dos locais da rede. Enquanto experimentos iniciais serão feitos em redes cúbicas, o objetivo final é a busca de assinaturas de bandas fotônicas em redes com geometria de diamante.