Scienza: creato oggetto/non oggetto quantistico più grande e freddo del mondo

17 Giu, 2021
Alessandro Berlingeri
News | Scienza

Gli scienziati del MIT hanno raffreddato un oggetto da 10 chilogrammi fino quasi a fermarlo, utilizzando le misurazioni precise di LIGO e dei suoi specchi da 40 chilogrammi. Qui sono mostrati i tecnici di LIGO che esaminano uno degli specchi.
Credit: Laboratorio Caltech/MIT/LIGO

(30Science.com) – Roma, 17 giu. – Per la prima volta è stato raffreddato un “oggetto” di dimensioni macroscopiche, su scala umana, tanto da avvicinarlo al suo “stato fondamentale di movimento” per studiare gli effetti quantistici in sistemi più grandi e tradizionalmente classici. I suoi atomi sono cioè stati rallentati fino ad essere quasi immobili.

A riuscirci sono stati i ricercatori del Massachusetts Institute of Technology (MIT) e del Laser Interfrometer Gravitational-wave Observatory (LIGO) che hanno descritto in un articolo su Science i loro esperimenti.

All’occhio umano, la maggior parte degli oggetti fermi sembrano essere proprio immobili e completamente a riposo. Eppure, potendo osservare gli oggetti nella scala microscopica dei singoli atomi, quella che era una mela posata pigramente sulla scrivania apparirebbe come una brulicante collezione di particelle vibranti e in rapido movimento. Gli atomi sono infatti in costante movimento e maggiore è la temperatura, maggiore è lo stato di agitazione degli stessi atomi.

L’oggetto in questione non è fisicamente un singolo oggetto situato in un singolo luogo. Si tratta della combinazione del moto di quattro corpi distinti, cioè gli specchi dell’interferometro LIGO, ciascuno con massa di 40 chilogrammi. Ne risulta un “oggetto” con una massa stimata di circa 10 chilogrammi, contenente 100 milioni di miliardi di miliardi di atomi. “LIGO è progettato per misurare il movimento articolare dei quattro specchi da 40 chilogrammi“, afferma Vivishek Sudhir, assistente professore di ingegneria meccanica al MIT, che ha diretto il progetto. “Si scopre che puoi mappare matematicamente il movimento articolare di queste masse e pensarle come il movimento di un singolo oggetto da 10 chilogrammi“.

Tutti gli oggetti incarnano una sorta di movimento come risultato delle molte interazioni che gli atomi hanno, tra loro e da influenze esterne. Tutto questo movimento casuale si riflette nella temperatura di un oggetto. Quando un oggetto viene raffreddato vicino alla temperatura zero, ha ancora un movimento quantistico residuo, uno stato chiamato “stato fondamentale di movimento“.

I ricercatori hanno sfruttato le capacità del rivelatore interferometrico di onde gravitazionali LIGO di misurare il movimento delle masse con estrema precisione ed hanno raffreddato il moto collettivo delle masse fino a 77 nanokelvin, poco meno dello stato fondamentale previsto dell’oggetto di 10 nanokelvin. Una temperatura quasi coincidente con lo zero assoluto, cioè 0 kelvin, equivalenti a -273,15 °C.

Negli ultimi decenni, i fisici hanno raffreddato con diverse tecniche, inclusa la luce laser, singoli atomi e oggetti ultraleggeri con l’obiettivo di portarli ai loro stati quantistici fondamentali, e hanno tentato di super-raffreddare oggetti progressivamente più grandi, per studiare gli effetti quantistici in sistemi macroscopici.

Inoltre, gli scienziati hanno ora la possibilità di osservare l‘effetto della gravità su un enorme oggetto quantistico. “Nessuno ha mai osservato come la gravità agisce su stati quantistici massicci”, spiega Sudhir. “Abbiamo dimostrato come portare oggetti della scala di un chilogrammo in stati quantistici. Questo apre finalmente la porta a uno studio sperimentale su come la gravità potrebbe influenzare grandi oggetti quantistici, qualcosa che finora si poteva solo sognare“.

Portare qualcosa allo stato fondamentale è spesso il primo passo per metterlo in stati quantistici eccitati o esotici“, afferma l’autore principale e ricercatore presso il laboratorio LIGO, Chris Whittle. “Quindi questo lavoro è entusiasmante perché potrebbe permetterci di studiare alcuni di questi altri stati, su una scala di massa che non è mai stata fatta prima“. (30Science.com)

Adoravo parlare di Fantascienza con mia madre prima di dormire e tirar fuori strane teorie anziché ascoltare le favole della buonanotte. La conseguenza? Una laurea in Fisica all’Università degli Studi di Roma "Tor Vergata" con una tesi sui “Metodi per la Ricerca di Pianeti Extrasolari”. Mi dedico dal 2008 alla Divulgazione Scientifica ovunque sia possibile, nelle scuole, in grandi eventi pubblici, in musei, in grandi strutture scientifiche di Roma, radio, televisione, internet.. ovunque! Ho affiancato il tutto alle mie passioni di tutta una vita: il nuoto, la musica, il cinema ed ogni sfaccettatura nerd che si possa immaginare.
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