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Abstract: Il progetto prevede lo sviluppo di linee di ricerca sperimentali e teoriche sulla fisica degli atomi ultrafreddi e dei
gas quantistici. Il laboratorio sperimentale del Centro BEC prevede di operare su alcuni temi portanti che
includono: misure sul meccanismo di Kibble-Zurek per la generazione spontanea di vortici quantistici e lo studio
dei meccanismi di mutua interazione fra vortici; la misura dell’equazione di stato per gas di Bose debolmente
interagenti; l’osservazione del secondo suono in gas superfluidi confinati in regime bidimensionale; l’osservazione
in gas ultrafreddi di meccanismi analoghi all’effetto fontana già noto in elio superfluido. Il primo tema corrisponde
ad un completamento di ricerche attualmente in corso relativamente all’osservazione del meccanismo di Kibble-
Zurek le quali, oltre ad aver avuto ampia risonanza nella comunità scientifica, hanno aperto un nuovo ambito di
ricerca nel campo dello studio delle interazioni fra vortici quantizzati. Le misure più recenti vengono realizzate con
una nuova tecnica sperimentale di imaging sviluppata dal gruppo di Trento che permette di visualizzare la
dinamica in tempo reale di condensati di Bose-Einstein in regimi di densità fino ad oggi non accessibili. Inoltre,
con questa stessa tecnica sarà finalmente possibile eseguire una misura diretta e accurata dell’equazione di stato
di un gas di Bose debolmente interagente, nelle variabili potenziale chimico/temperatura. Parallelamente,
impiegando tecniche di imaging più tradizionali, prevediamo di studiare aspetti fondamentali dei meccanismi di
trasporto in configurazioni interessanti, come ad esempio la propagazione del secondo suono in dimensionalità
ridotta, l’analogo dell’effetto fontana in gas diluiti, lo studio di condensati in presenza di accoppiamento risonante
fra gradi di libertà interni. Queste attività sperimentali si sviluppano in stretta connessione con le ricerche svolte
dalla componente teorica del Centro BEC. Lo spettro delle attività teoriche comprenderà anche tematiche più
ampie sui gas e fluidi quantistici, sulla superfluidità e i fenomeni di coerenza, le analogie tra le proprietà dei gas
atomici e di altri sistemi nel campo della materia condensata, dell’ottica quantistica e, più in generale, in sistemi
dove la meccanica quantistica si manifesta a livello macroscopico, offrendo opportunità di sviluppo di dispositivi e
sistemi innovativi.

Esperimenti/Studi INO correlati:
Experiments with ultra-cold atoms: Study of defects across phase transitions

Risultati scientifici:
1) Observation of Spin Superfluidity in a Bose Gas Mixture
2) Sub-Doppler cooling of sodium atoms in gray molasses
3) Creation and counting of defects in a temperature-quenched Bose-Einstein condensate
4) Spin-dipole oscillation and polarizability of a binary Bose-Einstein condensate near the miscible-immiscible phase transition
5) Vortex Reconnections and Rebounds in Trapped Atomic Bose-Einstein Condensates
6) Quantum gases and quantum coherence
7) Observation of a spinning top in a Bose-Einstein condensate
8) A strontium optical lattice clock apparatus for precise frequency metrology and beyond
9) Sideband-Enhanced Cold Atomic Source for Optical Clocks