¿Su maestro de escuela alguna vez le dijo que era imposible ver “un solo átomo”? Su argumento puede haber sido que debido a que el tamaño del átomo es mucho menor que la longitud de onda de la luz visible, es imposible de ver. Sin embargo, en la Universidad de Otago han hecho exactamente eso! El truco es aislar un átomo de cualquier otro.
El elemento clave en la configuración experimental es un elemento único, lentes ashperic de alta apertura numérica (AN) colocados dentro de la cámara de vacío en la que tienen lugar los experimentos. El uso de la lente es doble.
En primer lugar, al dirigir la luz fuera de resonancia a través de la lente, formamos una trampa de dipolo microscópica tal que uno o más átomos pueden quedar atrapados en el punto focal de la lente. En segundo lugar, ponemos imagen de fluorescencia en un átomo atrapado para exponerlo a un haz de luz casi resonante. Dado que el átomo es retenido por la trampa de dipolo aproximadamente en el punto focal de la lente, una gran parte de la luz casi resonante dispersada puede ser recogida por la lente y dirigida hacia un dispositivo de formación de imágenes.
Para atrapar entre uno y varios átomos, primero creamos una trampa magneto-óptica comprimida de alta densidad (MOT) de Rubidium (Rb85) dentro de la cámara de vacío. Al superponer la nube de átomos enfriados por láser con el punto focal de la lente (AN) alta, cargamos aproximadamente 50 átomos en la trampa dipolar microscópica. Para reducir el número de átomos retenidos en la trampa dipolar, conducimos colisiones asistida por luz aplicando otro haz de luz casi resonante. Al ajustar cuidadosamente los parámetros experimentales, podemos hacer una colisión entre un par de átomos de plomo con alta probabilidad de la pérdida de un único átomo de la trampa dipolar.
Este proceso se repite hasta que sólo queda un átomo en la trampa dipolar. La idea principal es excitar el par de átomos a un potencial de átomo-átomo repulsivo usando luz que es azul desafinada de resonancia, limitando así la energía ganada por el par de átomos a la desafinación. En la actualidad, podemos producir un solo átomo con una probabilidad superior al 90%.
Abajo: Una imagen tomada en nuestro experimento de un solo átomo atrapado de Rubidio-85.
