Michał Tomza- Inżynieria ultrazimnych kwantowych układów molekularnych

Michał Tomza

Centrum Nowych Technologii UW

Ultrazimne układy cieszą się coraz większym zainteresowaniem badaczy, ponieważ kwantowa natura świata ujawnia się wyraźnie w ultraniskich temperaturach, czyli temperaturach poniżej 1 mK, i badania nad takimi układami dają nowy wgląd w kwantową teorię materii i oddziaływań pomiędzy materią i światłem. W swoim wystąpieniu przedstawię kilka przykładów naszych teoretycznych prac mających na celu rozwój nowych metod tworzenia, manipulacji i kontroli ultrazimnych cząsteczek w zewnętrznych polach. Realizacja zaproponowanych eksperymentów przyniesie lepsze zrozumienie zjawisk kwantowych na poziomie molekularnym, które jest istotne dla wszystkich gałęzi fizyki i chemii.

Zacznę od omówienia energetyki i możliwości kontroli ultrazimnych reakcji wymiany izotopowej pomiędzy heterojądrowymi dimerami składającymi się z dwóch różnych izotopów tego samego pierwiastka [1]. Wszystkie takie reakcje są egzoenergetyczne, ale uwolniona energia wynosi tylko 1-8000 MHz, prowadząc do zimnych lub ultrazimnych produktów w zaledwie jednym lub kilku stanach kwantowych. Dodatkowo istnieje możliwość selektywnej kontroli z użyciem pola laserowego i magnetycznego liczby i energetyki produktów, pozwalając na testowanie i weryfikację modeli reaktywności chemicznej. Następnie opowiem o propozycji wykorzystania jonizacji selektywnie produkowanych cząsteczek Rydbergowskich z kondensatu lub ultrazimnego gazu do inicjacji i badania ultrazimnych zderzeń jon-atom w granicy kwantowej [2], co jest trudne lub niemożliwe z użyciem obecnych technik pułapkowania jonów [3]. Pokażę nową metodę pomiaru długości rozpraszania jon-atom w takich eksperymentach, która wykorzystuje spektrometrie mas połączoną z czasowo-rozdzielczą mikroskopią paczki falowej. Jeśli czas pozwoli opowiem o możliwości realizacji symulacji kwantowych właściwości zaawansowanych materiałów z wykorzystaniem ultrazimnych polarnych cząsteczek schwytanych w mikropułapkach i sieciach optycznych [4].

[1] M. Tomza, Phys. Rev. Lett. 115, 063201 (2015)
[2] T. Schmid, C. Veit, N. Zuber, R. Löw, T. Pfau, M. Tarana, M. Tomza, in press Phys. Rev. Lett. (2018)
[3] M. Tomza, K. Jachymski, R. Gerritsma, A. Negretti, T. Calarco, Z. Idziaszek, P. S. Julienne, to appear Rev. Mod. Phys. (2018)
[4] A. Dawid, M. Lewenstein, M. Tomza, submitted (2018)