• CPT
• desorbimento fotoindotto
• EIT
• intrappolamento coerente di popolazione
• LIAD
• potassio
• spettroscopia coerente
• trasparenza indotta elettromagneticamente

In questa tesi è presentato il primo studio sistematico in vapori di potassio dell’effetto di intrappolamento coerente di popolazione (Coherent Population Trapping, CPT), rivelato attraverso il fenomeno della trasparenza indotta elettromagneticamente (Electromagnetically Induced Transparency, EIT).
Lo scopo principale di questo lavoro è ottenere un significativo miglioramento dell’efficienza di intrappolamento sfruttando la particolare configurazione energetica dei livelli di questo elemento: la sovrapposizione dei profili Doppler delle componenti iperfini della transizione D1 del potassio, del tutto assente in specie atomiche solitamente impiegate per questi esperimenti come cesio e rubidio, infatti, permette di limitare le perdite per pompaggio ottico verso livelli non coinvolti nella realizzazione della coerenza.

L’indagine è stata condotta producendo l’effetto di CPT tramite diversi schemi di eccitazione ed in varie configurazioni sperimentali al variare della densità atomica presente in celle di pyrex.

Un primo esperimento è stato dedicato alla realizzazione di risonanze EIT attraverso l’accoppiamento coerente dei due livelli iperfini del fondamentale (4s2S1/2) della transizione D1 del potassio con un livello eccitato comune (4p2P1/2) tramite la modulazione in frequenza di un diodo laser operante attorno a 770 nm. Il cosiddetto schema Λ così realizzato è reso possibile dalle due componenti spettrali separate di 461.7 MHz indotte dalla modulazione del laser e risonanti con la separazione iperfine dell’alcalino.
Lo studio è stato condotto in una cella contenente vapore di potassio in equilibrio con la sua fase solida ed in una identica cui sono aggiunti 6 torr di argon come gas tampone. I risultati ottenuti hanno provato la fattibilità di un simile schema di intrappolamento coerente di popolazione e hanno messo in evidenza i significativi vantaggi offerti dall’uso del potassio in termini di efficienza di intrappolamento, che si manifestano attraverso l’aumento dell’ampiezza della risonanza EIT, e di semplificazione dell’apparato sperimentale, con la riduzione della modulazione dal range del GHz, necessario per rubidio e cesio, a quello delle centinaia di MHz.

Un secondo esperimento, invece, è stato messo a punto per la realizzazione di CPT attraverso l’accoppiamento coerente di due sottolivelli Zeeman di uno stesso iperfine del fondamentale della transizione D1 del potassio ad un livello eccitato comune; due sono le configurazioni con cui è stato condotto questo studio: con un’eccitazione monocromatica polarizzata circolarmente, grazie a cui l’intrappolamento coerente è ottenuto in configurazione Hanle, cioè tra sottolivelli Zeeman degeneri a campo magnetico zero, e con un’eccitazione bicromatica ottenuta modulando in ampiezza tramite un modulatore acusto-ottico la radiazione risonante a frequenze dell’ordine di 100 kHz, in modo da indurre CPT tra sottolivelli non degeneri in campo esterno.
Sia nel primo caso che nel secondo, gli esperimenti sono stati condotti in tre tipi di celle di misura al variare della densità atomica di potassio: uno contenente solo vapore di alcalino, uno contenente anche gas tampone (6 torr di Ar o 30 torr di Ne) e, infine, uno dotato di un rivestimento interno anti-rilassamento di polidimetilsiloxano (PDMS).
Sono stati così dimostrati nuovi possibili metodi di realizzazione di CPT in vapori termici di potassio ed è stato confermato come l’impiego di questo alcalino porti indiscutibili vantaggi per l’efficienza di intrappolamento rispetto ad altre specie atomiche. Il particolare approccio scelto, inoltre, rappresenta di per sé un’ulteriore semplificazione delle esigenze sperimentali, con l’impiego di una sola sorgente laser risonante non modulata o modulata nel range del kHz.

Per ogni esperimento condotto sono descritti i risultati riguardanti l’ampiezza, il contrasto e la larghezza (FWHM) delle risonanze EIT rivelate e ne sono analizzati e confrontati i valori nelle varie situazioni sperimentali realizzate, con particolare attenzione ad eventuali ricadute pratiche, come, per esempio, l’applicazione alla magnetometria ottica.
Quando possibile, il confronto è stato esteso anche a studi condotti con altre specie alcaline, in modo da mettere in luce tutte le potenzialità del potassio nelle varie configurazioni esplorate.

Sono, infine, mostrati i primi risultati di un terzo esperimento tuttora in corso, realizzato presso l’INO-CNR in collaborazione con il Dipartimento di Fisica dell’Università di Siena, volto alla produzione di risonanze EIT in densità atomiche di potassio stabilizzate per via ottica attraverso il desorbimento fotoindotto (o Light-Induced Atomic Desorption, LIAD) dell’alcalino dal rivestimento poroso di PDMS.
I risultati preliminari di quest’ultimo studio hanno messo in luce potenziali vantaggi connessi all’uso di questa tecnologia che, se confermati, potrebbero offrire non solo una valida e flessibile alternativa alle tecniche termiche convenzionali per il controllo della densità atomica, ma anche un nuovo approccio per migliorare l’efficienza degli esperimenti basati su intrappolamento coerente di popolazione.