Átomos frios no regime quântico e não quântico: colisões atômicas e outros experimentos

Abstract

Desde 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.