Interazioni a pochi corpi fra atomi di Rydberg freddi

L’obiettivo di questa tesi di dottorato è di investigare i diversi aspetti dell’interazione a pochi corpi in un gas freddo di atomi di Rydberg. La tesi di dottorato è stata realizzata nell’ambito di un accordo di dottorato in co-tutela tra l’Università di Pisa e l’Université Paris-Sud lavorando su due diversi esperimenti: il primo esperimento, basato sullo studio degli atomi di Cs, presso il Laboratoire Aimé Cotton ed il secondo, basato sullo studio degli atomi di Rb, presso il Dipartimento di Fisica dell’Università di Pisa. Con l’esperimento presso il Laboratoire Aimé Cotton abbiamo dimostrato l’esistenza di nuovi tipi di interazioni a pochi corpi in un gas « gelato » di atomi di Rydberg. Queste nuove risonanze sono la generalizzazione delle risonanze di Förster ben note nell’ambito della Fisica degli atomi di Rydberg. Questo tipo di risonanze agiscono sui gradi di libertà interni degli atomi di Rydberg ed hanno per effetto uno scambio risonante di energia fra gli atomi ed il trasferimento delle popolazioni dei livelli energetici in analogia con le FRET (Fluorescence Resonance Energy Transfer). Come nel caso delle risonanze di Förster, le risonanze FRET a tre corpi sono accordate grazie ad un campo elettrico esterno e posso essere osservate per differenti numeri quantici principali. Questo tipo di risonaze a tre corpi sono state osservate senza alcun tipo di contributo dovuto ad un’iterazione a due corpi e per questo motivo sono definite come risonanze Borromeane. Il campo elettrcio applicato può inoltre generare risonanze aggiuntive tra gli atomi di Rydberg che sarebbero altrimenti interdette in assenza di un campo esterno. Questo tipo di risonanze, che possiamo chiamare risonanze « quasi-interdette », sono dovute ad un accopiamento dipolo-dipolo del tutto analogo al caso delle risonanze di Förster. Abbiamo perciò identificato tutte le possibili risonanze qusi-interdette dovute all’accoppiamento tra le varie molteplicità di n. Per quanto riguarda l’esperimento al Dipartimento di Fisica dell’Università di Pisa, abbiamo studiato gli effetti meccanici dovuti ad una repulsione di tipo van der Waals fra atomi di Rydberg. Abbiamo studiato l’espansione dovuta all’interazione van der Waals in una catena di atomi di Rb che sono stato eccitati in uno stato di Rydberg grazie ad un’eccitazione laser fuori risonanza. Il confronto tra i differenti dissacordi dell’eccitazione laser mostra il ruolo centrale dell’interazione van der Waals nell’espansione della catena.