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La nuova fisica

Fonte: Le Scienze

Spettro ad altissima risoluzione registrato

su un campione di molecole ultra-fredde

grazie alle eccezionali proprietà di stabilità

e coerenza del pettine di frequenze

nell'infrarosso Ricercatori dell'Istituto

nazionale di ottica (Cnr-Ino) hanno ottenuto

una particolare emissione di radiazione,

costituita da 'pettini' di luce infrarossa,

dalle eccezionali proprietà di stabilità e

coerenza, da sorgenti laser a cascata

quantica miniaturizzate.

Questo risultato rappresenta un importante

traguardo nel controllo delle proprietà di

emissione dei laser a semiconduttore e

apre nuove prospettive nel campo della

Fisica applicata e fondamentale.

In particolare, l'utilizzo di radiazione da

laser controllati con queste tecniche,

assorbita da un campione di molecole

ultra-fredde, ha consentito studi

spettroscopici con livelli di precisione mai

raggiunti prima.

I risultati sono pubblicati su "Nature Photonics",

"Nature Communications", e "Optica"

Un team di ricercatori dell'Istituto nazionale

di ottica del Consiglio nazionale delle ricerche

(Cnr-Ino), presso il Laboratorio europeo di

spettroscopia nonlineare (Lens) di Firenze,

sfruttando le caratteristiche peculiari dei

laser a cascata quantica (Qcl) costruiti anche

presso l'Istituto di nanoscienze del Cnr e

Scuola Normale Superiore di Pisa nel gruppo

di ricerca coordinato da Miriam Vitiello, ha

dimostrato un nuovo metodo per controllare

l'emissione di molte frequenze (pettine), da

sorgenti laser miniaturizzate, con estrema

precisione, come se si trattasse di una

frequenza unica, anche in regioni spettrali

di difficile accesso come il medio e il

lontano infrarosso.
I risultati, pubblicati su "Nature Photonics"

(https://doi.org/10.1038/s41566-019-0451-1)

e "Nature Communications" (https://doi.org/

10.1038/s41467-019-10913-7), sono stati

ottenuti in collaborazione con l'Agenzia spaziale

italiana (Asi) di Matera e con prestigiosi partner

europei, quali il Politecnico federale di Zurigo (Ch)

e l'Università di Leeds (Uk).

"Il successo di questi esperimenti si basa

innanzitutto sulle metodologie uniche al mondo

sviluppate negli anni dal nostro gruppo per il

controllo dei laser a cascata quantica", spiega

Paolo De Natale, autore delle ricerche e

direttore del Cnr-Ino.

"Queste sofisticate tecnologie sono il frutto di

una forte sinergia con uno spin-off del Cnr,

ppqSense Srl, che ha contribuito alla ricerca

realizzando sistemi elettronici compatti con

livelli estremamente bassi di rumore.

Oltre alle ricadute dirette nel campo della

metrologia di tempo e frequenza, lo studio

promette di incidere profondamente su vari

settori emergenti della Fisica moderna.

Per esempio, la possibilità di controllare, con

sistemi miniaturizzati, le emissioni di singole

o molteplici frequenze nell'infrarosso potrà

aprire questa ampia regione spettrale al

settore strategico delle tecnologie quantistiche.

Sarà possibile, inoltre, lo studio di molecole

in condizioni estreme".

In questo ambito si colloca il lavoro condotto

dai ricercatori del Cnr-Ino di Napoli e pubblicato

su Optica (https://doi.org/10.1364/OPTICA.6.000436).

"Qui le proprietà di coerenza e stabilità dei

pettini di frequenze sono state utilizzate per

costruire uno spettrometro in grado di osservare

l'assorbimento di luce da parte di molecole

ultra-fredde (a temperature di pochi gradi Kelvin)

con livelli di sensibilità e risoluzione mai raggiunti

prima", spiega Pasquale Maddaloni del Cnr-Ino,

coordinatore di questa ricerca.

In conclusione, lo sviluppo combinato di

metodologie avanzate per il raffreddamento

molecolare e per il controllo di sistemi laser

miniaturizzati permetterà, come è già avvenuto

per gli atomi, di effettuare nuovi test di Fisica

fondamentale, anche oltre il modello standard

(interazioni di quinta forza, variazione temporale

delle costanti fondamentali).

Al contempo, questo connubio aprirà la strada

a tecnologie quantistiche di frontiera, basate

su sistemi molecolari, fenomenologicamente

molto più ricchi dei più semplici atomi fino ad

oggi utilizzati.