Fisici riescono a far levitare una piccola sfera di vetro nel Vuoto Quantistico

A 100 nanometri di diametro, la palla sembrava troppo grande per essere governata dalle leggi della meccanica quantistica, ma nonostante ciò i ricercatori sono riusciti a completare con successo il loro esperimento.

I ricercatori del Politecnico federale di Zurigo (Svizzera) sono riusciti a far levitare una piccola sfera di vetro all’interno di un vuoto raffreddato a 269 gradi sotto zero in un potente campo elettromagnetico e sotto un raggio di luce laser.

L’essenziale per questo esperimento era che la particella sospesa in quella che i suoi autori chiamano “trappola ottica” fosse dielettrica (di un materiale a bassa conducibilità, come il vetro) e non così piccola in termini di fisica quantistica. Quindi, misurava 100 nanometri di diametro (un decimo di micrometro) e aveva fino a 10 milioni di atomi, il che avvicina questa sfera al mondo macrometrico, dove governano le leggi della fisica classica e non della meccanica quantistica.

Questo test di levitazione fa parte di una serie di esperimenti in cui gli scienziati testano oggetti sempre più grandi. Come spiega l’istituto svizzero in un comunicato, i ricercatori si sono posti una domanda fondamentale:

Perché gli atomi o le particelle elementari possono comportarsi come onde – qualcosa determinato dalla fisica quantistica e che consente loro di trovarsi in più luoghi contemporaneamente – mentre tutto ciò che vediamo intorno obbedisce alle classiche leggi fisiche che lo rendono impossibile?

Finora era abbastanza comune far levitare molecole composte da migliaia di atomi, ma ora la piattaforma sperimentale svizzera offre la possibilità di studiare la meccanica quantistica a scale macroscopiche e aumentando gradualmente la scala.

“Questa è la prima volta che un tale metodo è stato utilizzato per controllare lo stato quantistico di un oggetto macroscopico nello spazio“, ha affermato l’autore principale dello studio Lukas Novotny. Anche quando la luce laser è spenta, il sistema permette di esaminare la sfera in completo isolamento, se necessario.

Stabilizzando la sfera in movimento, gli sforzi del team si sono concentrati sul rallentarla il più possibile, il più vicino possibile al punto zero della meccanica quantistica. Questo obiettivo è stato raggiunto attraverso la riduzione delle oscillazioni e anche della temperatura e del movimento termico.

Novotny osserva che le nanosfere fluttuanti nel vuoto sono di interesse non solo per la scienza fondamentale, ma possono anche avere applicazioni pratiche. Attualmente esistono già sensori in grado di misurare le più piccole accelerazioni o rotazioni utilizzando onde atomiche interferenti. “All’aumentare della massa dell’oggetto che interferisce meccanicamente in questa classe di sensori, aumenta la sua sensibilità”, afferma lo scienziato.