אטומים ויונים מקוררי לייזר הם נושא מחקר חשוב בשני העשורים האחרונים. מערכות אטומים קרים משמשות כשעונים המדויקים בעולם וכפלטפורמה למחשוב קוונטי, ומעניקות לנו הצצה אל העולם הקוונטי. במחקר זה בדקנו כיצד יונים ואטומים מתנגשים זה עם זה בטמפרטורות נמוכות. בטמפרטורות אלה, ההתנגשויות נשלטות על ידי חוקי תורת הקוונטים. במסגרת המחקר בדקנו את התפלגות האנרגיה של יונים בודדים הלכודים יחד עם ענן האטומים הקרים בתוך שדה אלקטרומגנטי. להפתעתנו גילינו שהתפלגות האנרגיות היא בעלת "זנב" של אנרגיות גבוהות שהתיאור המתמטי שלו אינו דעיכה מעריכית (אקספוננציאלית) אלא חוק חֶזקה. התפלגויות מסוג זה נפוצות במערכות שאינן נמצאות בשיווי משקל, כגון שוקי השקעות ואקלים. במערכות כאלה יש הסתברויות לא-נמוכות גם לאירועים קיצוניים. נוסף על כך, מדדנו את הדרך שבה תֶנַע זוויתי (סְפִּין) מועבר מהיונים אל האטומים הקרים ובחזרה. לכל אחד מהאטומים הקרים בענן, וגם ליון הנחקר, יש מגנט פנימי – סְפִּין. כאשר הענן מקוטב, המגנטים של כל האטומים מצביעים באותו הכיוון. כאשר הם מתנגשים עם היון, הם מצליחים לקַטֵב גם את הספין שלו, כלומר המגנט של היון מקבל אף הוא את אותו הכיוון. כעת מדדנו את הקצב של תגובה כימית מסוימת: העברה של אלקטרון מהאטום ליון. תגובה זו מייננת את האטום, כלומר הופכת אותו לבעל מטען חשמלי (חיובי), ומנטרלת את היון – כלומר הופכת אותו לניטרלי מבחינה חשמלית. האלקטרון מסוגל "לקפוץ" מהאטום ליון רק כאשר הספינים שלהם הפוכים; מכיוון שכך התגובה הזאת אינה מתרחשת כאשר כל הספינים מקבילים זה לזה. באופן זה הצלחנו אפוא להשתמש במצב הספין כדי לשלוט בקצב ההתרחשות של תגובות כימיות. התנגשויות בין אטומים ויונים יכולות גם להשפיע על השימוש ביונים קרים כשעונים אטומיים מדויקים. שעון אטומי הוא שעון המבוסס על מעבר אלקטרונים בין רמות אנרגיה באטום. מעבר זה מתרחש בקצב מסוים ואחיד מאוד; לדוגמה, מעבר אלקטרונים בין שתי רמות אנרגיה של אטום המתכת צזיום 133 מתרחש בתדירות של מיליארד ומאתיים מיליון פעמים בשנייה. כאשר "נועלים" מַתְנֵד אלקטרומגנטי לתדר הזה, המתנד מתנדנד אף הוא בתדירות של מיליארד ומאתיים מיליון פעמים בשנייה, כלומר – בתדר של 9.2 ג'יגה-הרץ. כל מחזור של המַתְנֵד מפלח פרוסה דקה מאוד מתוך יחידת הזמן "שנייה". בבואנו לבנות שעונים מדויקים יותר ויותר, יש יתרון לשימוש במתנדים מהירים יותר ויותר, ש"פורסים" את השנייה לפרוסות דקות יותר ויותר. שעונים אטומיים אופטיים מבוססים על לייזר, הגורם לאלקטרונים באטום לנוע בתדירות גבוהה בכמה וכמה סדרי גודל מאשר מעבר האלקטרונים שעליו התבססו שעונים אטומיים מהדור הקודם. אלו הם השעונים המדויקים ביותר בעולם היום. אנו בדקנו כיצד מעברי האלקטרונים האלה מושפעים מהתנגשויות של האטומים הנמדדים עם הגז הקר במערכת שבנינו. הניסוי הראה כי כאשר מתרחשות התנגשויות שנוצר בהן מגע בין האטום והיון (כלומר, ענני האלקטרונים שלהם חופפים), ההפרעה לקצב "תקתוק" השעון האטומי היא מוחלטת, ולמעשה נמחק המידע על הזמן שחלף מאז הפעלת השעון.