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Si assottiglia sempre più il confine tra meccanica quantistica e realtà macroscopica

Il confine tra mondo microscopio e mondo macroscopico si assottiglia sempre di più, grazie ad una minuscola nanosfera di vetro.

Categorie Fisica · Nanotecnologie · Tecnologia

Un gruppo di ricerca del Politecnico federale di Zurigo (Eth Zurich), grazie alle proprietà dell’ottica, dell’elettromagnetismo e della meccanica quantistica, ha sospeso una nanosfera di vetro di 100 nanometri di diametro, grazie all’utilizzo di raggi laser.

Meccanica quantistica e mondo macroscopico

La meccanica quantistica si occupa dello studio dell’Universo su scala infinitamente piccola: atomi e particelle subatomiche hanno un comportamento diverso dal mondo macroscopico, che non può essere spiegato con la fisica classica. Ma, uno degli scopi dei fisici moderni è quello di conciliare il mondo microscopico al mondo macroscopico, cioè far sì che oggetti sempre più grandi si comportino in “modo quantistico”.

La nanosfera e l’esperimento

Nel caso di questo esperimento, l’oggetto in questione è una minuscola nanosfera di vetro di 100 nanometri di diametro (milionesimi di millimetri), circa mille volte più piccola dello spessore di un capello umano. Per le nostre menti, può sembrare un oggetto davvero piccolo, ma per il mondo microscopico è enorme, composto da 10 milioni di atomi.

Quindi spingere nel mondo microscopico un tale oggetto è un enorme risultato, eppure è esattamente ciò che i fisici hanno realizzato. Utilizzando luci laser, accuratamente calibrate, la nanosfera è stata sospesa nel suo stato quanto-meccanico più basso, dato che per raggiungere gli stati quantistici, il movimento e l’energia devono essere ridotti al minimo.

Il gruppo di ricerca ha quindi utilizzato un contenitore sottovuoto raffreddato a -269 gradi Celsius, prima di utilizzare un sistema di feedback per effettuare ulteriori regolazioni. Utilizzando modelli di interferenza generati dai due raggi laser, i ricercatori hanno calcolato l’esatta posizione della nanosfera all’interno della sua camera e da lì le regolazioni necessarie per portare i piccolissimi movimenti della sfera vicino allo zero, utilizzando un campo elettrico creato da due elettrodi.

Sebbene risultati simili siano stati ottenuti in precedenza, tramite l’utilizzo del cosiddetto risonatore ottico per bilanciare gli oggetti utilizzando fasci di luce, l’approccio usato per questo esperimento protegge meglio la sfera da eventuali disturbi, ciò significa che l’oggetto può essere visto in isolamento, dopo che, il laser è stato spento.

Nanosfera in vetro levita grazie all’utilizzo di due laser.
La nanosfera (puntino verde), levita sostenuta dal fascio laser. Credits: Eth Zurich

Verso il futuro

Uno dei modi in cui i ricercatori sperano che le loro scoperte possano essere utili, è studiare come la meccanica quantistica fa sì che le particelle elementari si comportino come onde. Questo caratteristica nota, in meccanica quantistica, come dualismo onda-corpuscolo è stata il centro dello studio della fisica delle particelle sin dagli inizi del 1900.

È possibile che configurazioni come questa nanosfera, possano anche aiutare nello sviluppo di sensori di prossima generazione al di là di tutto ciò che abbiamo oggi.

“Insieme al fatto che il potenziale di intrappolamento ottico è altamente controllabile, la nostra piattaforma sperimentale offre un percorso per studiare la meccanica quantistica su scala macroscopica”, concludono i ricercatori nel loro articolo pubblicato sulla rivista Nature.