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Dipartimento di Fisica - Politecnico di Milano

Metrologia Raman coerente dell’idrogeno molecolare (CHROME)

La sfida

Il laboratorio CH2ROME è dedicato allo studio sperimentale della fisica della molecola più semplice e allo stesso tempo più abbondante nell'universo, vale a dire l'idrogeno molecolare. H2 è un punto di riferimento unico per la fisica quantistica molecolare in quanto la sua struttura semplice consente calcoli ab-initio dei relativi livelli di energia rovibrazionale con accuratezze fino a 1 parte in 1010, che equivale a 10-6 cm-1 sulla branca Q della banda fondamentale di H2 a circa 4155 cm-1. Lo stato dell'arte sperimentale non va oltre i 2 10-4 cm-1: questo implica un gap di quasi due ordini di grandezza da colmare prima che si possano effettuare i test di gran lunga più accurati fino ad ora su un sistema molecolare. Il principale ostacolo sperimentale è la debolezza intrinseca delle transizioni di assorbimento di H2, che sono mediate da momenti di quadrupolo deboli dovuti alla simmetria di H2.

 

La metodologia

Nel laboratorio CH2ROME affrontiamo questa sfida con uno approccio radicalmente nuovo, dove quelle transizioni non vengono osservate in regime di assorbimento lineare, ma in modo non lineare attraverso un approccio coerente di spettroscopia Raman coerente, per la prima volta in combinazione con pettini di frequenze ottiche per ottenere la calibrazione assoluta dell'asse della frequenza. L'impostazione sperimentale sviluppata per tale sfida è unica al mondo: è composta da due laser in continua che forniscono i campi di pompa e Stokes necessari per il processo di Scattering Raman stimolato, un pettine di frequenza ottica Er:fibra per la misurazione assoluta della frequenza tra pompa e Stokes, una catena di rivelazione dedicata di tipo FPGA a 100 MS / s per il monitoraggio in tempo reale della nota di battimento tra i laser cw e il pettine, una cella multipasso stabilizzata in temperatura operante in un ampio intervallo di pressione per massimizzare la lunghezza d'interazione tra gas e radiazione, un modulatore elettro-ottico azionato da un generatore di radiofrequenza (RFG) da 10 MHz per il rilevamento sincrono del segnale SRS, modulatori acusto-ottici per la stabilizzazione dell'intensità dei fasci di pompa e Stokes.
Sono in corso misure sulle righe di branca Q della banda 1-0 di H2, ma altre misure sono previste anche per transizioni di tipo S puramente rotazionali. Gli spettri sperimentali vengono fittati con modelli di profilo di riga sofisticati che tengono in considerazione la complessa fisica collisionale di H2.

 



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