Diagramme d'énergie moléculaire et montage expérimental. (A) Un piège dipolaire optique formé par un faisceau focalisé de lumière de 1064 nm (I) coupe le MOT et est réfléchi par la fenêtre rentrante (III) à un angle pour empêcher la formation d'un réseau. Un objectif de microscope (IV) est placé à l'intérieur d'un boîtier rentrant entre les bobines MOT (II). La fluorescence des molécules (VI) est collectée à travers l'objectif et imagée sur une caméra. Les pièges optiques à pincettes sont générés à l'aide d'un AOD (VII) et sont combinés dans le chemin d'imagerie à l'aide d'un miroir dichroïque (V). (B) Structure de niveau CaF des états pertinents utilisés dans le processus de refroidissement . Le refroidissement est opéré à un désaccord Δ =2π × 25 MHz. Crédit: Science (2019). DOI :10.1126/science.aax1265
Une équipe de chercheurs de l'Université Harvard et du Massachusetts Institute of Technology a découvert qu'ils pouvaient utiliser un réseau de pincettes optiques de molécules refroidies par laser pour observer les collisions d'état fondamental entre des molécules individuelles. Dans leur article publié dans la revue Science , le groupe décrit leur travail avec des molécules de monofluorure de calcium refroidies piégées par des pincettes optiques, et ce qu'ils ont appris de leurs expériences. Svetlana Kotochigova, avec Temple University, a publié un article Perspective dans le même numéro de revue décrivant le travail - elle donne également un aperçu du travail effectué avec des réseaux de pincettes optiques pour mieux comprendre les molécules en général.
Comme le note Kotochigova, le développement des pincettes optiques dans les années 1970 a conduit à une science révolutionnaire car elle permet d'étudier les atomes et les molécules à un niveau de détail sans précédent. Leur travail consiste à utiliser la lumière laser pour créer une force qui peut maintenir en place des objets extrêmement petits pendant qu'ils sont étudiés. À des époques plus récentes, les pincettes optiques sont devenues de plus en plus sophistiquées - elles peuvent désormais être utilisées pour manipuler des matrices de molécules, ce qui permet aux chercheurs de voir ce qui se passe lorsqu'ils interagissent dans des conditions très contrôlées. Comme le notent les chercheurs, ces réseaux sont généralement refroidis pour maintenir leur activité au minimum pendant que les molécules sont étudiées. Dans ce nouvel effort, les chercheurs ont choisi d'étudier des matrices de molécules de monofluorure de calcium refroidies parce qu'elles ont ce que l'équipe décrit comme des facteurs Franck-Condon presque diagonaux, ce qui signifie qu'ils peuvent être excités électroniquement en tirant un laser sur eux, puis revenir à un état initial après émission.
Dans leur travail, les chercheurs ont créé des réseaux de pincettes en diffractant un seul faisceau en plusieurs faisceaux plus petits, chacun d'eux pouvant être réorganisé pour répondre à leurs besoins en temps réel. A l'état initial, un nombre inconnu de molécules ont été piégés dans le réseau. L'équipe a ensuite utilisé la lumière pour forcer les collisions entre les molécules, en poussant certains d'entre eux hors du tableau jusqu'à ce qu'ils aient le nombre souhaité dans chaque pince à épiler. Ils rapportent que dans les cas où il n'y avait que deux molécules présentes, ils ont pu observer des collisions naturelles ultrafroides, permettant une vision claire de l'action.
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