Projeto de Pesquisa: Explorando estados não clássicos da luz em amostras atômicas ultrafrias e quentes, dez/2016

Resumo:

Este projeto tem como objeto equipar e instalar o laboratório de física atômica experimental no departamento de Física da Universidade Federal de Santa Catarina UFSC. A criação do laboratório é vital para a exploração de fenômenos relacionados à interação da radiação com a matéria, dentre os quais o estudo de interferências quânticas em amostras atômicas (Electromagnetic Induced Transparency EIT, Electromagnetic Induced Absorption EIA, Coherent Population Traping - CPT), a exploração de fenômenos não lineares em regimes de biestabilidade óptica no equilíbrio da interação entre átomos de Rydberg entre estados metaestáveis do sistema, o desenvolvimento e estudo de detectores ultrassensíveis de radiação milimétrica de micro-ondas e Terahertz utilizando as janelas de transição de fase nestes sistemas, o desenvolvimento de uma nova geração de armadilhas atômicas baseadas num único feixe laser de resfriamento e aprisionamento em conjunto com uma grade de difração personalizada. Os objetivos abrangem tanto o desenvolvimento básico de física atômica, como a exploração tecnológica de novas formas de detecção de radiação e aprisionamento atômicos, reduzindo custos de construção do aparato experimental e solidificando um espaço de colaboração entre pesquisadores nacionais e internacionais na região do estado de Santa Catarina. A formação de recursos humanos mais bem preparados na área bem como a atração de pesquisadores externos a região que possam contribuir com o desenvolvimento das pesquisas é parte essencial desse plano de trabalho.

Objetivos:

Esse projeto de pesquisa tem como objetivo geral instalar e iniciar as pesquisas em física atômica experimental no departamento de física, associado ao Centro de Ciências Físicas e Matemáticas (CFM) da Universidade Federal de Santa Catarina (UFSC) no campus central localizado na cidade de Florianópolis. A exploração experimental da área consiste na manipulação de estados atômicos coerentes por lasers de comprimento de onda variado, as amostras atômicas podem ser quentes, quando confinadas em células de quartzo sobre sua pressão de vapor ou amostras frias e ultrafrias, onde o átomo é resfriado e aprisionado pela ação conjunta de campos magnéticos e pressão de radiação dada pela interação do laser com o estado atômico do elemento estudado. Os elementos típicos utilizados são da família dos alcalinos, como Cs (Césio), Rb (Rubídio), K (Potássio), Na (Sódio), etc. onde cada átomo possui um único elétron na última camada, fazendo com que um número reduzido de lasers seja necessário tanto para a análise espectroscópica como para o processo de aprisionamento. O mesmo método pode ser utilizado para átomos de mais elétrons, em observância aos estados tripleto e singleto do sistema. Dentre os diversos experimentos propostos, podemos destacar a exploração de interferências quânticas de Fano, que se manifestam na forma de uma transparência eletromagneticamente induzida ou EIT (Electromagnetic Induced Transparency). Esse tipo de interferência pode mapear estados de poucos e muitos corpos num campo óptico lido por um laser de prova, dessa forma informação é obtida do sistema sem a perturbação do mesmo por um laser de acoplamento. O fenômeno de EIT é, portanto, um processo coerente e por ser uma interferência entre estados quânticos do elemento alcalino pode ser realizado em amostras quentes. Amostras quentes são simples de serem manipuladas, já que, a amostra pode ser confinada numa simples célula de quartzo sob sua pressão de vapor e o controle da densidade da amostra é realizada pela variação controlada da temperatura. Amostras frias e ultrafrias são obtidas pelo resfriamento dos átomos pela ação de um laser ressonante, que cria um ambiente viscoso ao movimento atômico, o aprisionamento se completa pela ação de um campo magnético quadrupolar criando uma regra de seleção espacial e confinando espacialmente o átomo. Nestas condições um sistema de seis feixes contra-propagantes e polarizações sigma inversas são necessários para equilibrar a pressão de radiação e maximizar a captura, propomos a criação de uma nova geração de armadilhas atômicas formadas por apenas 1 feixe de aprisionamento e uma grade de difração customizada, esse método pode reduzir o custo da criação da armadilha em uma ordem de grandeza, bem como tornar o sistema compacto e móvel e simples de ser alinhado. Tanto em amostras quente, como frias a ação da aplicação de campos magnéticos e elétricos externos elevam o grau de controle dos sistemas atômicos.

Cobertura Teflon

Célula de aquecimento de teflon para controle de temperatura de amostra atômica. A densidade pode ser controlada pelo uso de resistências cerâmicas. O acesso óptico angular é necessário para o casamento de fase na excitação de estados altamente excidades (estados de Rydberg) livres de efeito Doppler.

Integrantes:

Professor Dr. Jorge Douglas Massayuki Kondo

Professor Dr. Lucio Sartori Farenzena 

Local: 

Laboratório de Física Atômica experimental do departamento de Física da Universidade Federal de Santa Catarina (UFSC) na cidade de Florianópolis. Parte do Grupo GRIFIM (Grupo de Interações de Fótons e Íons com a Matéria) - Dezembro (2016)

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