Chu, Steven

Chu, Steven

Fisico statunitense, nato a St. Louis (Mo.) il 28 febbraio 1948. Laureatosi presso l'università di Rochester (N.Y.) nel 1970, ha quindi ottenuto il Ph.D. nell'università di Berkeley (Calif.) nel 1976. Trascorsi i due anni successivi a Berkeley, con contratto di post-dottorato, è stato assunto dalla compagnia statunitense AT&T in qualità di ricercatore e successivamente di capo dipartimento presso i Bell Laboratories. Dal 1987 è professore di fisica e di fisica applicata presso l'università di Stanford (Calif.).

Nel corso della sua carriera scientifica, C. - membro, fra l'altro, della American Physical Society e della National Academy of Science - ha ricevuto numerosi riconoscimenti, tra i quali il King Faisal International Prize for Science (1993) e il premio Arthur Schawlow for laser science (1994). Nel 1997 ha ottenuto il premio Nobel per la fisica, con C. Cohen-Tannoudji della École normale supérieure di Parigi e W.D. Phillips del National Institute of Standards and Technology di Gaithersburg (USA) per la realizzazione, operata in forma quasi indipendente dai tre ricercatori, di tecniche per il confinamento (intrappolamento) di atomi a temperature prossime allo zero assoluto mediante i fasci laser.

La prima proposta teorica di tale tecnica è dovuta ad A.L. Shawlow e D.J. Wineland (1975), che proposero di far interagire i fotoni che, pure se privi di massa, sono dotati di quantità di moto non nulla, con gli atomi da raffreddare. L'uso di sei fasci di luce laser opposti in coppie e intersecantisi, che creano una sorta di melassa ottica (optical molasses), è tale da generare una sorta di effetto viscoso che rallenta la velocità degli atomi e quindi sostanzialmente ne diminuisce la temperatura. Mediante tale sistema, C. riuscì (1984) a raffreddare, e contemporaneamente a intrappolare, degli atomi di sodio nella regione di intersecazione dei fasci laser. Dopo il subitaneo spegnimento dei laser si poté misurare una temperatura degli atomi di 240 µK che costituiva la temperatura più bassa mai raggiunta, in condizioni quasi stazionarie, in laboratorio. Questo valore si dimostrava in ottimo accordo con la teoria che prevedeva un valore minimo (Doppler limit) dello stesso ordine di grandezza. Tuttavia, per effetto della gravità terrestre, la durata del confinamento era limitata a 100 millisecondi. Tale limite è stato superato nel 1987 da Phillips, che ha ottenuto una temperatura di circa 40 µK. La giustificazione teorica della violazione del Doppler limit è stata fornita da Cohen-Tannoudji. Come conseguenza di tali studi è stato introdotto un nuovo meccanismo di raffreddamento, più complesso, che va sotto il nome di polarization gradient cooling. Il nuovo limite introdotto, legato questa volta al rinculo subito allorché gli atomi si separano dai fotoni con cui interagiscono, risulta per gli atomi di sodio di 2,5 µK. Tale limite è stato superato e nel 1995 si è raggiunta una temperatura di 0,180 µK, cui corrisponde una velocità atomica di 2 cm/s. Questo risultato può essere spiegato dal fatto che gli atomi entrano in un nuovo stato, chiamato stato scuro (dark state), nel quale essi sono quasi fermi e si comportano come un'entità singola, non interagendo più con i fotoni. Ha trovato così anche una conferma l'esistenza di tale stato atomico, postulata ben 70 anni prima da A. Einstein.

Tra le possibili ricadute tecnologiche delle ricerche qui menzionate vanno ricordate l'introduzione di orologi atomici di diversi ordini di grandezza più precisi rispetto a quelli attuali, la possibilità di creare strumenti di navigazione satellitare di grandissima precisione, lo sviluppo di sistemi di misura particolarmente precisi dei campi gravitazionali, la costruzione di componenti elettronici di dimensioni dell'ordine dei nanometri e lo sviluppo della litografia atomica.

Più recentemente, C. ha elaborato una tecnica in grado di realizzare una sorta di fontana atomica che crea dei getti, simili appunto a quelli di una fontana d'acqua, di atomi raffreddati mediante tecnica laser. Nell'istante in cui gli atomi raggiungono il punto più alto della traiettoria, essi sono nelle condizioni ideali per lo studio della loro intima struttura.