In una intervista esclusiva a Galileo del 1997, il fisico Wolfgang Ketterle spiega come il suo gruppo abbia costruito il primo laser atomico. Lo strumento, messo a punto al Massachusetts Institute of Technology, produce fasci di atomi di sodio che si comportano come la luce dei laser classici. Per realizzarlo è stato necessario raffreddare il gas fino quasi allo zero assoluto. E produrre uno stato della materia che non esiste in nessun altro luogo dell’universo: il condensato di Bose-Einstein. “Per ora il laser emette gocce. Ma puntiamo a produrre presto un vero e proprio fascio”, dice Ketterle
E’ un laser rivoluzionario e lo hanno messo a punto nei laboratori del Mit. Questo nuovo gioiello è il primo laser al mondo che emette fasci di atomi, anziché i fasci di luce dei laser tradizionali la sua messa a punto è stata annunciata nei giorni scorsi. Gli atomi possono essere focalizzati su un puntino grande quanto uno spillo, possono percorrere distanze notevoli senza disperdersi e soprattutto viaggiano in “pacchetti” coerenti e sincronizzati, formando un’unica, grande onda di materia. Proprio come i fotoni che costituiscono i fasci laser normali.
Costruire un laser atomico è stato a lungo un sogno per gli addetti ai lavori. Ma restavano parecchi dubbi sull’effettiva possibilità di realizzarlo. Dubbi che si sono dissolti alle 3 di mattina del 16 novembre scorso, quando i monitor di controllo del Mit hanno mostrato una successione di macchie chiare e scure: una firma inconfondibile dell’interferenza tradur “pacchetti” di onde. La figura rivelava inoltre che doveva trattarsi di un’interferenza tra due onde di materia giganti, costituite dal moto collettivo e coerente di milioni di atomi. “Il segnale era quasi troppo chiaro per essere vero”, ricorda Wolfgang Ketterle, coordinatore del gruppo, “speravamo di ottenere qualche segno di coerenza, ma ciò che abbiamo osservato era più chiaro di un libro di testo. Quando è apparsa la figura abbiamo capito che avevamo finalmente costruito il laser ad atomi”.
Il condensato di Bose-Einstein
Costringere gli atomi a comportarsi in modo coerente e ordinato è tutt’altro che semplice. Bisogna partire da una “materia prima”molto particolare: un condensato di Bose-Einstein, uno stato della materia che si ottiene solo quando la temperatura scende fino a qualche milionesimo di grado sopra lo zero assoluto (un milione di volte più freddo che lo spazio interstellare). Come previsto 70 anni fa da Albert Einstein e dal suo collega indiano Satyendra Nath Bose, in queste condizioni oliatomi cadono al livello di energia più basso, perdono la loro “identità”,e mostrano un comportamento collettivo uniforme. Il condensato di Bose-Einstein fu ottenuto per la prima volta da un gruppo dell’Università di Boulderin Colorado, che nel 1995 riuscì a intrappolare e raffreddare circa 2000 atomi. Un successo, ma gli atomi erano troppo scarsi per costruirci un laser.
Wolfgang Ketterle e il suo gruppo, che dal ‘92 studiano tecniche di raffreddamento all’avanguardia, sono riusciti a ottenere un condensato di qualche miliardo di atomi di sodio. Un exploit realizzato raffreddando il gas in due fasi. “A questo punto”, prosegue Ketterle, “bisognava riuscire estrarre gli atomi dal condensato in modo controllato e verificare che si comportassero come i fotoni di un laser classico”. Il primo problema venne risolto nel luglio scorso. Applicando un campo magnetico oscillante, i ricercatori riuscirono a produrre “gocce” da 5 milioni di atomi ogni 30 secondi circa. Infine, a novembre, la conferma: le gocce erano composte da atomi coerenti. Il laser atomico era uscito dal cassetto dei sogni e diventava realtà.
L’annuncio della scoperta ha destato l’entusiasmo dei fisici atomici. “E’ la cosa più eccitante che abbia visto negli ultimi 10 anni”, ha dichiarato John Doyle della Harvard University. Il nuovo dispositivo potrebbe aumentare ulteriormente la precisione degli orologi atomici permettere la costruzione di circuiti elettronici ancora più piccoli. Con il nuovo laser si potrebbe infatti controllare l’assemblaggio del chip atomo per atomo. Ma al Mit, oltre agli atomi, raffreddano anche gli entusiasmi:ci vorrà ancora molto tempo per vedere un impiego pratico per il laser atomico.
