MATEO KRULJAC

Hlađenje atoma pomoću visoko-refleksivnog optičkog rezonatora

Hladni atomi temelj su modernih istraživanja atomske fizike. Takvi sustavi omogućili su mjerenja iznimno visoke preciznosti, a time i razvoj atomskih satova, kvantnih senzora, ultrahladne kemije i fundamentalnih testova fizike.

Hlađenje atoma temelji se na njihovom međudjelovanju s laserskim zračenjem gdje se kroz mnoštvo ciklusa apsorpcije i spontane emisije atomi mogu ohladiti i do par mikrokelvina iznad apsolutne nule.

Uspješnost laserskog hlađenja uvjetovana je pogodnom konfiguracijom energijskih razina atoma te dostupnosti odgovarajućih lasera, zbog čega je još uvijek ograničeno na atome jednostavne energijske strukture i kontinuirane lasere s emisijom u vidljivom području spektra.

Cilj našeg istraživanja razvoj je novih metoda hlađenja koje nisu uvjetovane strukturom energijskih razina, što bi omogućilo hlađenje atoma kompleksne energijske strukture, biološki važnh atoma ili molekula. Navedeno bi znantno utjecalo na povećanje preciznosti, osjetljivosti i točnosti kvantnih „uređaja“.

Na putu k tom cilju, planiramo istraživati hlađenje atoma pomoću visoko-refleksivnog optičkog rezonatora. Atomi smješteni unutar rezonatora te pobuđeni laserskim zračenjem koje se propagira okomito na os rezonatora osjećaju disipativnu silu uslijed koje se hlade i smještaju u položaje minimuma optičkog potencijala. Kažemo da se atomi spontano samoorganiziraju.

Umjesto monokromatskih lasera kontinuiranog zračenja, u svojem ćemo istraživanju koristiti femtosekundni pulsni laser čiji se spektar sastoji od niza jednako udaljenih frekventnih linija, zbog čega se naziva i frekventni češalj. Međudjelovanje atoma i rezonatora s nizom frekvencija omogućuje ispitivanja veće učinkovitosti hlađenja, neopaženih uzoraka samoorganizacije, novih uvjeta stabilnosti i manipulacije sustava.

Za realizaciju eksperimenta izgradit će se optički rezonator i ugraditi u vakuumsku komoru u kojoj se stvaraju hladni atomi rubidija. Razvit će se metoda stabilizacije optičkog rezonatora na frekventno stabilizirani frekventni češalj.

Mentor: dr. sc. Ticijana Ban (Institut za fiziku)

Natječajni rok: DOK-2018-01

Mateo Kruljac rođen je u Zagrebu. Istraživački smjer fizike na PMF-u u Zagrebu završio je 2013. godine. Za vrijeme studija sudjelovao je na natjecanju Odysseus II, za što je osvojio Rektorovu nagradu. U grupi za hladne atome na Institutu za fiziku izrađuje seminar i diplomski rad, a 2019. zapošljava se kao doktorand na projektu „Optomehanika uzrokovana frekventnim češljem” koji financira HRZZ-a. Iste godine upisuje poslijediplomski studij, smjer atomska i molekulska fizika, na PMF-u u Zagrebu. Trenutačno je upisan u drugu godinu studija. Tijekom izrade doktorata sudjelovao je na nekoliko znanstvenih konferencija i škola te usavršavao svoja znanja u području kvantnih simulatora na Max Planck institutu za kvantnu optiku u Garchingu, Njemačka. Koautor je dva redovna znanstvena rada. Volontirao je na danima otvorenih vrata, a tijekom studija bio je studentski predstavnik i član studentskih udruga.