MICRA Misure Interferometriche di forze a corto range con reticoli atomici Studio della forza superficie-atomo su scala micrometrica (Dx<2mm) mediante tecniche interferometriche ad alta sensibilità (Dg/g<10-7) basate su gas atomici quantistici. Obiettivi: test sulla presenza di forze gravitazionali non-newtoniane. studio delle forze di tipo elettromagnetico: Casimir-Polder e fluttuazioni termiche del campo elettromagnetico. Firenze (M. Inguscio, coord. naz. & G. Modugno, esperimento) Trento (S. Stringari, teoria)

Principio dell’esperimento l’interferenza degli autostati oscilla ad una frequenza legata direttamente alla forza (Bloch oscillations) gas atomico quantistico in un potenziale periodico o a doppia buca in prossimità di una superficie dielettrica la misura della forza in funzione della distanza permette di verificare l’andamento newtoniano della gravità

Forze gravitazionali non-newtoniane Obiettivo MICRA: Dg = 10-7g Dx = 2 mm Harber et al., Phys. Rev. A 72, 033610 (2005); Smullin et al., Phys. Rev. D 72, 122001 (2005); Kapner et al., Phys. Rev. Lett. 98, 021101 (2007); Tu et al., Phys. Rev. Lett. 98, 201101 (2007); Masuda and Sasaki, Phy. Rev. Lett. 102, 171101 (2009); Bezerra et al., Phys. Rev. D 81, 055003 (2010).

Forze gravitazionali e forza di Casimir-Polder e.g. Au: r=19.3 500 mm 500 mm 10 mm van der Waals Casimir-Polder thermal (Lifshitz) Forze in gioco: Fg = mg = 109 Hz/m FCP = 105 Hz/m FG = dUG/dr = 50 Hz/m La sensibilità attesa (1s, 100 misure) è: DF = 10-7 Fg (100 Hz/m))

Masse sorgente alternate e schermo CP Au (r=19.3, c/r=-28) Ag (r=10.5, c/r=-20)) 500 mm 500 mm Au MgF2 5 mm 10 mm UG ~ 40 UG’ Lo schermo metallico scherma la forza CP delle masse campione. Il layer isolante impedisce la formazione di dipoli elettrici dagli atomi adsorbiti sulla superficie. PRA 69, 062905 (2004) Possibilità di spostare le masse indipendentemente dallo schermo. E → Rb+ -

Tecniche alternative Bilance di torsione Neutroni Microsfere

Risultati 2008-2009 prima realizzazione di un interferometro inerziale basato su un gas di ideale Bose, di dimensione micrometrica (Dx < 2 mm) e decoerenza ridotta. progettazione del nuovo apparato sperimentale dedicato a misure di alta precisione in prossimità di superfici. M. Fattori et al., Phys. Rev. Lett. 100, 080405 (2008); M. Fattori et al., Phys. Rev. Lett. 101, 190405 (2008).

Nuovo apparato Apparato UHV di nuova generazione per interferometria di alta precisione: Camera di raffreddamento Camera per esperimenti (T<10nK) Camera di raccolta (T=100mK) controllo elevato dei campi magnetici possibilità di imaging ad alta risoluzione versatilità della camera da vuoto finale alto rate di ripetizione (10 s)

Nuovo apparato

Esperimenti preparatori Studio dei fenomeni di perdita a tre corpi (stati di Efimov, Zaccanti, et al., Nat. Phys. 5, 586 (2009)) 1 0 Ingegnerizzazione del momento magnetico e/o della lunghezza di scattering (in corso)

Interferometria con condensati di Bose-Einstein Potenziale a doppia buca: analogo atomico dell’interferometro Mach-Zehnder Stati coerenti  limite shot noise NOON state  Heisenberg limit Squeezed states 

Interferometria quantistica con BEC Serve una grande nonlinearità per creare entanglement La nonlinearità deve essere cancellata per operare l’interferometro Un condensato con interazione accordabile dinamicamente permette di sfruttare per la prima volta elevati livelli di entanglement per interferometria. Integrated Project Marco Fattori: FIRB Futuro in ricerca ERC Starting grant J. Esteve et al., Nature 455, 1216 (2008).

Partecipanti, attività e richieste Firenze M. Inguscio G. Modugno M. Fattori G. Roati, C. Fort C. D’Errico PhD: M. Landini, E. Lucioni Laureandi: S. Ferrari (UniMi), L. Carcagnì (UniLe) Trento Sandro Stringari, Lev Pitaevskii, Augusto Smerzi (CNR) Attività Novembre 2010 Condensato di Bose-Einstein con interazione accordabile Gennaio 2011 Test dell’interferometro con gravità terrestre Maggio 2011 Inizio misure vicino a superfici Richieste 2010 sblocco (sub judice) 115 (laser nd:YAG HP) 2011 consumo 95