Scienziati osservano per la prima volta la “pioggia quantistica”: un fenomeno rivoluzionario della fisica quantistica
Un esperimento senza precedenti ha permesso a un team di ricercatori di osservare per la prima volta la formazione di gocce quantistiche che si frammentano in un processo simile alla pioggia. Questo nuovo fenomeno, chiamato pioggia quantistica, apre prospettive inedite nello studio della materia quantistica e offre nuove opportunità per lo sviluppo di tecnologie d’avanguardia.
Il risultato, pubblicato su Physical Review Letters, è frutto di una collaborazione tra il CNR-Istituto Nazionale di Ottica e diverse università europee. Gli scienziati hanno osservato come una miscela di atomi ultrafreddi di potassio e rubidio, portata a temperature prossime allo zero assoluto, generi gocce quantistiche che si rompono a causa di una instabilità capillare. Sebbene il comportamento richiami quello dei liquidi classici, si verifica in condizioni completamente quantistiche, mai osservate prima.
La nascita delle gocce quantistiche in condizioni estreme
La formazione di gocce quantistiche è uno dei fenomeni più affascinanti nella fisica della materia ultrafredda. Queste gocce non sono mantenute da forze classiche, ma da interazioni quantistiche che impediscono il collasso della struttura.
Nel laboratorio del CNR-INO, i ricercatori hanno manipolato una miscela di atomi di potassio e rubidio, raffreddandola a temperature estreme. Regolando le interazioni tra le particelle, è stata creata una goccia quantistica auto-stabilizzata, simile a una goccia liquida, ma con proprietà completamente quantistiche.
Questa goccia è stata rilasciata all’interno di una guida ottica, dove ha iniziato a allungarsi fino a raggiungere una lunghezza critica, oltre la quale si è frammentata in gocce più piccole. Il numero delle sottogocce risultanti si è rivelato proporzionale alla lunghezza del filamento al momento della rottura. Questo comportamento richiama l’instabilità di Plateau-Rayleigh, tipica dei liquidi classici, ma osservata per la prima volta in un sistema quantistico.
Instabilità capillare quantistica e prospettive tecnologiche
L’instabilità capillare è un fenomeno ben noto nei liquidi classici: un getto fluido tende a rompersi in gocce per minimizzare l’energia superficiale. In questo caso, il processo è stato descritto come un’instabilità guidata da una tensione superficiale quantistica, mai identificata prima in gas atomici ultrafreddi.
Le simulazioni numeriche hanno confermato che la dinamica di rottura della goccia segue lo stesso meccanismo delle instabilità classiche, ma applicato a un liquido quantistico. Questo apre la strada a nuovi strumenti per comprendere il comportamento della materia in stati quantici e in condizioni estreme, come quelle all’interno delle stelle di neutroni o durante i momenti iniziali dell’universo.
Le gocce quantistiche potrebbero diventare elementi fondamentali per la costruzione di reti quantistiche, strumenti di simulazione fisica e architetture per la computazione quantistica. Studi futuri cercheranno di approfondire le interazioni tra queste gocce, la loro evoluzione in ambienti diversi e le loro potenziali applicazioni in metrologia ad alta precisione, nuovi materiali quantistici e dispositivi quantistici avanzati. L’osservazione della pioggia quantistica segna l’inizio di un nuovo capitolo nella fisica della materia ultrafredda.