Grupa doktorantów z Wydziału Fizyki Uniwersytetu Warszawskiego pod opieką dra Mariusza Semczuka, laureata programu HOMING Fundacji na rzecz Nauki Polskiej, otrzymała pierwsze w kraju ultrazimne atomy cezu oraz potasu. To niezbędny krok, umożliwiający wykorzystywanie ultrazimnych atomów do eksperymentów, w których głównym językiem opisującym zjawiska staje się mechanika kwantowa, a nie klasyczna.
Atomy, spułapkowane w tzw. pułapkach magneto-optycznych, zostały schłodzone do temperatur rzędu kilkuset mikrokelwinów. Mówiąc językiem nienaukowym projekt porównać można do zbudowania solidnych fundamentów pod dom – jest to podstawa i krok niezbędny dla dalszego sukcesu budowy.
Zbudowanie tego typu układu to ewenement, ponieważ zespół dra Semczuka zrobił to jako pierwszy w Polsce i jeden z trzech ośrodków na świecie – kolejne znajdują się na Uniwersytecie w Innsbrucku w Austrii oraz na Uniwersytecie w Durham, w Wielkiej Brytanii. Laboratorium tego typu otwiera możliwości prowadzenia w kraju badań doświadczalnych w bardzo istotnej globalnie tematyce, ale od strony eksperymentalnej praktycznie nieobecnej w Polsce (poza zespołem Michała Zawady z UMK w Toruniu). Będąc w posiadaniu tego unikalnego układu doświadczalnego zespół otworzył sobie drzwi do dalszych eksperymentów z wykorzystaniem zimnych atomów, takich jak rozwój nowych metod chłodzenia laserowego, dzięki którym możliwe będzie zminiaturyzowanie podobnych układów do zastosowań wykorzystujących zimne atomy w technologiach kwantowych. Przez kilka miesięcy badane będą właściwości mieszaniny obu atomów spułapkowanych jednocześnie w innym rodzaju pułapki – optycznej pułapce dipolowej – w celu lepszego zrozumienia, jak te dwa atomy ze sobą oddziałują. Jest to niezbędne do dalszych eksperymentów, wykorzystujących mieszaninę obu atomów i umożliwi być może w dalszej perspektywie badanie zjawisk powierzchniowych w cieczach kwantowych oraz fizyki zależnej od wymiarowości przestrzeni.
– Do tego sukcesu bardzo przyczyniło się wsparcie FNP – mówi dr Semczuk. – Jest ono szczególne istotne w projektach takich jak mój, gdzie początkowe lata to budowa zaplecza badawczego, konstrukcja układów eksperymentalnych i najczęściej brak publikowanych wyników, jako że pewne dziedziny fizyki charakteryzują się stosunkowo długą fazą startową. Decyzja FNP o wsparciu finansowym nadała mu w pewnym sensie świadectwo jakości. Ponadto, wsparcie z programu HOMING pozwoliło mi wzmocnić zespół, a także nawiązać współpracę z prof. Nagerlem i prof. Cornishem – autorytetami wśród badaczy, zajmujących się fizyką ultrazimnych atomów i cząsteczek.
Co ciekawe, zespól dra Semczuka w momencie rozpoczynania prac nad układem w 2016 roku składał się ze studentów II roku studiów licencjackich. Dziś natomiast zaczynają oni studia doktoranckie i już mogą się poszczycić tak niezwykłym sukcesem. Warto wspomnieć, że eksperymenty z ultrazimnymi atomami są bardzo złożone i wymagają od badaczy mnóstwa różnych umiejętności – programowania, znajomości zagadnień ultrawysokiej próżni, podstaw budowy laserów, podstaw elektroniki, czy projektowania w programach 3D CAD i ogólnie pojętych zdolności manualnych. We współczesnej fizyce niewiele jest tematyk, które wymagają takiej wszechstronności.
Gratulacje!
Na zdjęciu (od lewej): Mateusz Bocheński, Jakub Dobosz, dr Mariusz Semczuk, Paweł Arciszewski, Koray Dincer / fot. Paweł Arciszewski