Espectroscopía de átomos alcalinos en medios porosos

El estudio espectroscópico de la materia diluida en vapores ha permitido desde los comienzos de la Física Atómica estudiar el mundo cuántico. La Física Atómica experimental ha permitido la medida de constantes fundamentales de la Física con precisiones sin precedentes, y entre otras cosas ha desarrollado el láser, los relojes atómicos, referencias de frecuencia y magnetómetros atómicos. El sistema atómico diluido más comúnmente utilizado es una celda de vidrio sellada conteniendo vapor atómico, frecuentemente átomos alcalinos. Buscando seleccionar mejor las velocidades atómicas se utilizan típicamente complejos y costosos haces atómicos, o aún más elaborados sistemas magneto-ópticos de enfriamiento de átomos. Recientemente las celdas finas constituyen un nuevo modo, mucho más simple y económico de seleccionar las velocidades atómicas observadas. Hemos activamente investigando las celdas finas, estudiando efectos sobre el confinamiento atómico, relojes atómicos diminutos utilizando celdas finas y nuevas técnicas espectroscópicas. En este proyecto se estudiará un sistema atómico nuevo y sustancialmente diferente a los anteriores. Hemos desarrollado la capacidad de producir átomos alcalinos de rubidio embebidos en vidrio poroso, buscando realizar observaciones espectroscópicas de vapores atómicos con un alto grado de confinamiento multidimensional dentro de los poros micrométricos del material. Hasta hoy esta situación física no había podido ser estudiada. Nuestras primeras observaciones preliminares muestran marcadas distorsiones respecto a los espectros observados en vapores no confinados. Una primera singularidad de nuestro sistema es que la luz se propaga de un modo difusivo realizando una exploración del medio atómico a lo largo de un camino que puede exceder por mucho a las dimensiones del medio poroso. Además, debido a la difusión, los fotones emitidos espontáneamente resultarán indistinguibles del resto impidiendo detectar absorción atómica en el medio, a menos que existan mecanismos de des-excitación no radiativa. Este mecanismo introducido por las colisiones con la paredes de los micro-poros realiza una selección de los átomos más lentos, ya que actúa más eficazmente tanto mayor sea la velocidad del átomo. Es así previsible un estrechamiento sub-Doppler del espectro de transmisión dependiendo del grado de confinamiento. En situaciones de muy alto confinamiento podría incluso existir un estrechamiento debido al efecto Dicke, ya evidenciado en celdas finas, que permitiría observar espectros de ancho comparable al natural. Esto permitiría desarrollar diminutas referencias atómicas de frecuencia. En este sentido, el carácter amorfo de nuestro sistema poroso presenta la interesante propiedad de permitir un fraccionamiento en diminutos sub-sistemas. Por otro lado, la observación de la retro-difusión coherente es probablemente una alternativa ideal para medir espectros de ancho natural que deberá ser explorada. Un objetivo más ambicioso del presente proyecto es la producción de ópalos (medios porosos con alta regularidad espacial) utilizando apilamientos ordenados de nano-esferas producidos por sedimentación. Estos sistemas porosos presentan resonancias para la luz, que de ser sintonizadas con canales de des-excitación atómica, introducirían un mecanismo de control sobre la vida media de ciertos estados cuánticos de los átomos embebidos en dichos ópalos. Esto sería de sumo interés por sus potenciales aplicaciones en computación cuántica.